目次
⚡ こんな悩みを抱えていませんか?
- ✅ オペアンプの問題が出ると、手が止まってしまう...
- ✅ 「理想オペアンプ」「バーチャルショート」って何?
- ✅ 反転・非反転増幅回路の計算式が覚えられない
- ✅ 参考書の説明が難しすぎて理解できない
電験三種の「電子回路」分野で頻出するオペアンプ。一見すると難しそうですが、実は試験に出る範囲はかなり限定的なんです。
この記事では、電験三種の合格に必要な知識だけに絞って、オペアンプの基礎を徹底解説します。理論の深掘りは最小限に、「問題が解ける」ことを最優先にした実践的な内容です。
📖 この記事を読むとわかること
- 理想オペアンプの2つの重要な条件（試験に出る!）
- バーチャルショートの原理とその使い方
- 反転増幅回路の計算方法（公式の覚え方付き）
- 非反転増幅回路の計算方法（公式の覚え方付き）
- 実際の試験問題での解き方のコツ
この記事を読み終える頃には、オペアンプの問題を見ても「あ、これ解ける!」と思えるようになっているはずです。それでは、一緒に学んでいきましょう！💡
🔄 反転増幅回路の完全攻略
📐 反転増幅回路の構成
反転増幅回路は、入力信号の極性を反転させて増幅する回路です。つまり、入力がプラスなら出力はマイナス、入力がマイナスなら出力はプラスになります。
🔌 回路の特徴
• 入力信号は−端子（反転入力）に接続
• ＋端子は接地（GND）に接続
• 入力抵抗Rinと帰還抵抗Rfを使用
🧮 電圧増幅度の公式
反転増幅回路の電圧増幅度
Av = −Rf / Rin
覚え方のコツ：「反転は"帰還÷入力"でマイナス」
📝 公式の導出（理解を深める）
計算の流れを一緒に見ていきましょう。試験では導出過程は不要ですが、理解しておくと応用問題にも対応できます。
ステップ1: バーチャルショートを適用
＋端子は接地されているので V+ = 0V
バーチャルショートより V− = V+ = 0V
ステップ2: 入力抵抗Rinに流れる電流
Iin = (Vin − V−) / Rin = Vin / Rin
ステップ3: 帰還抵抗Rfに流れる電流
オペアンプの−端子には電流が流れないので、IinはそのままRfに流れます。
If = Iin = Vin / Rin
ステップ4: 出力電圧を求める
Vout = V− − If × Rf = 0 − (Vin / Rin) × Rf
Vout = −(Rf / Rin) × Vin
ステップ5: 電圧増幅度
Av = Vout / Vin = −Rf / Rin
💡 例題で実践
【例題】反転増幅回路で、Rin = 10kΩ、Rf = 100kΩのとき、電圧増幅度を求めよ。
【解答】
公式に代入するだけ！
Av = −Rf / Rin = −100kΩ / 10kΩ = −10
意味：入力信号が10倍に増幅され、極性が反転します。
例：入力が1Vなら、出力は−10Vになります。
🎯 試験での注意点
• 必ずマイナス符号をつける（反転だから！）
• 抵抗値の単位（kΩ、MΩ）に注意（分数で約分できる）
• 出力電圧を求める問題では、Vout = Av × Vinを使う
📈 非反転増幅回路の完全攻略
📐 非反転増幅回路の構成
非反転増幅回路は、入力信号の極性を保ったまま増幅する回路です。入力がプラスなら出力もプラス、入力がマイナスなら出力もマイナスになります。
🔌 回路の特徴
• 入力信号は＋端子（非反転入力）に接続
• −端子は抵抗を介して接地とフィードバックに接続
• 帰還抵抗Rfと接地抵抗R1を使用
🧮 電圧増幅度の公式
非反転増幅回路の電圧増幅度
Av = 1 + Rf / R1
覚え方のコツ：「非反転は"1プラス 帰還÷接地"」
📝 公式の導出（理解を深める）
ステップ1: バーチャルショートを適用
＋端子に入力電圧Vinが加わるので V+ = Vin
バーチャルショートより V− = V+ = Vin
ステップ2: 接地抵抗R1に流れる電流
I1 = V− / R1 = Vin / R1
ステップ3: 帰還抵抗Rfに流れる電流
オペアンプの−端子には電流が流れないので、If = I1
If = Vin / R1
ステップ4: 出力電圧を求める
Vout = V− + If × Rf = Vin + (Vin / R1) × Rf
Vout = Vin (1 + Rf / R1)
ステップ5: 電圧増幅度
Av = Vout / Vin = 1 + Rf / R1
💡 例題で実践
【例題】非反転増幅回路で、R1 = 10kΩ、Rf = 90kΩのとき、電圧増幅度を求めよ。
【解答】
公式に代入するだけ！
Av = 1 + Rf / R1 = 1 + 90kΩ / 10kΩ = 1 + 9 = 10
意味：入力信号が10倍に増幅され、極性はそのままです。
例：入力が1Vなら、出力は10Vになります。
🎯 試験での注意点
• 必ず「1＋」を忘れない（これが最頻出ミス！）
• マイナス符号はつかない（非反転だから）
• 増幅度は必ず1以上になる（1＋があるので）
📊 反転 vs 非反転の比較表
2つの回路の違いを表にまとめました。試験前にこの表を見直すだけでも、ミスを防げます！
| 項目 | 反転増幅回路 | 非反転増幅回路 |
|---|---|---|
| 入力端子 | −端子（反転入力） | ＋端子（非反転入力） |
| 電圧増幅度 | Av = −Rf / Rin | Av = 1 + Rf / R1 |
| 符号 | マイナス（極性反転） | プラス（極性維持） |
| 増幅度の範囲 | 0以上（抵抗比で決まる） | 1以上（必ず1＋がある） |
| 覚え方 | 「帰還÷入力でマイナス」 | 「1プラス 帰還÷接地」 |
🎯 試験本番での解き方のコツ
⚡ 5ステップ攻略法
- 回路図を見る：入力がどこに繋がっているか確認（＋か−か）
- 回路の種類を判定：−端子入力→反転、＋端子入力→非反転
- 公式を選ぶ：反転なら−Rf/Rin、非反転なら1+Rf/R1
- 抵抗値を代入：単位に注意（kΩ同士なら約分できる）
- 符号を確認：反転ならマイナス、非反転ならプラス
⚠️ よくあるミス
❌ 非反転増幅回路で「1＋」を忘れる
❌ 反転増幅回路でマイナス符号をつけ忘れる
❌ RfとRin（またはR1）を逆に代入する
❌ 抵抗値の単位変換ミス（MΩとkΩの混在）
✨ まとめ：オペアンプは得点源にできる！
お疲れさまでした！オペアンプの基礎、理解できましたか？😊
📌 この記事の重要ポイント
- ✅ 理想オペアンプの2条件：入力インピーダンス∞、電圧増幅度∞
- ✅ バーチャルショート：V+ = V−（これが計算のスタート）
- ✅ 反転増幅回路：Av = −Rf / Rin（マイナス忘れずに！）
- ✅ 非反転増幅回路：Av = 1 + Rf / R1（1＋を忘れない！）
- ✅ 回路図から入力端子を見極めることが最初の一歩
オペアンプの問題は、公式さえ覚えれば確実に得点できる「おいしい」分野です。反転・非反転の2パターンしかないので、過去問を3〜5問解けば完璧にマスターできます。
難しく見える理論も、試験に出る範囲は限られています。「理想オペアンプ」「バーチャルショート」「2つの公式」、この3つを押さえれば大丈夫です！💪
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この記事を読んだら、すぐに過去問で実践してみましょう！
計算問題は「手を動かす」ことで初めて身につきます。
あなたの合格を心から応援しています！✨