電子回路6【電験3種理論】演算増幅器の特徴と非反転・反転増幅回路の出力電圧を計算する！令和6年度下期 B問題18 完全解説

2026年7月15日2026年8月2日

電験3種理論科目電子理論（電子回路）令和6年度下期 B問題18 オペアンプの反転と非反転！出力電圧はどう違う？

今回は令和6年度下期理論科目 B問題18を解説します。(a)演算増幅器（オペアンプ）の特徴に関する誤りを選び、(b)非反転増幅回路と反転増幅回路の直流出力電圧を求める問題です。

理想オペアンプは入力インピーダンスが非常に大きく出力インピーダンスが非常に小さい点がポイント。増幅回路は非反転がV_o=(1+R_f/R_1)V_i、反転がV_o=-(R_f/R_1)V_iで計算します（直流なのでコンデンサは開放）。

令和6年度下期理論科目 B問題18：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種理論科目電子回路令和6年度下期 B問題18 問題文 — 令和6年度下期理論科目 B問題18 問題文

出典：一般財団法人電気技術者試験センター「令和6年度下期第三種電気主任技術者試験」理論科目 B問題18

電験3種理論科目【電子理論（電子回路）】令和6年度下期 B問題18

　演算増幅器（オペアンプ）について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。

（a）演算増幅器の特徴に関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）アナログICの一種である。
（2）入力インピーダンスが小さくて出力インピーダンスが大きい。
（3）反転並びに非反転の二つの入力端子と一つの出力端子がある。
（4）入力端子間の電圧のみを増幅して出力する。
（5）増幅度が非常に大きい。

（b）図1及び図2のような直流増幅回路がある。それぞれの出力電圧V_o1、V_o2の値[V]の組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、演算増幅器は理想的なものとし、V_i1=0.6V及びV_i2=0.45Vは直流の入力電圧である。

V_o1 [V] V_o2 [V]
(1) 6.6 -3.0
(2) 6.6 3.0
(3) -6.6 3.0
(4) -4.5 9.0
(5) 4.5 -9.0

	V_o1 [V]	V_o2 [V]
(1)	6.6	-3.0
(2)	6.6	3.0
(3)	-6.6	3.0
(4)	-4.5	9.0
(5)	4.5	-9.0

図1　演算増幅器を用いた非反転増幅回路（R11=10kΩ、R12=100kΩ）（問題図）

図2　演算増幅器を用いた反転増幅回路（R21=30kΩ、R22=200kΩ）（問題図）

ポイント解説：理想オペアンプの入力Zは大、出力Zは小

GPT Image 2で作成した理想演算増幅器の5つの特徴と誤りを見分ける解説 — 理想オペアンプは入力インピーダンスが非常に大きく、出力インピーダンスが非常に小さいため、誤りは（2）です。

(a)の誤りは、入力インピーダンスが小さく出力インピーダンスが大きいとする（2）です。理想オペアンプは入力インピーダンスが非常に大きく、出力インピーダンスが非常に小さいのが正しい性質です。(b)は直流入力なので並列コンデンサを開放します。図1は非反転増幅で利得1＋100/10＝11、Vo1＝11×0.6＝6.6Vです。図2は反転増幅で利得−200/30、Vo2＝−(200/30)×0.45＝−3.0Vです。したがって組合せは選択肢（1）です。

解説(b)：直流ではコンデンサを開放し2つの増幅回路を別々に計算

GPT Image 2で作成した非反転増幅回路と反転増幅回路の出力計算解説 — 直流ではコンデンサを開放し、非反転で6.6V、反転で−3.0Vを求めます。

選択肢	内容	判定	根拠
(1)	アナログICの一種	○	連続量を扱うICだから
(2)	入力Zが小さく出力Zが大きい	×	◎ 大小が逆
(3)	反転・非反転の2入力と1出力	○	基本の端子構成
(4)	入力端子間の電圧のみを増幅	○	差動増幅器だから
(5)	増幅度が非常に大きい	○	開ループで10万倍以上

入力インピーダンスが大きいのは「前段から電流を取らない」ため、出力インピーダンスが小さいのは「次段へ十分な電流を供給できる」ためです。どちらも信号を正確に伝えるのに必要な性質です。

(4)の「入力端子間の電圧のみ」も重要です。2入力に同じ電圧が乗っていても（同相信号）出力には出ない——この性質を同相除去比（CMRR）と呼び、ノイズに強い理由になっています。

答え(a) 誤っているのは(2)

解説(b)：2つの回路を別々に計算する

$$V_{o1}=\left(1+\frac{100}{10}\right)\times0.6=11\times0.6=6.6\ \mathrm{V}$$

❶ 図1（非反転）
「1＋」を忘れない

$$V_{o2}=-\frac{200}{30}\times0.45=-6.67\times0.45=-3.0\ \mathrm{V}$$

❷ 図2（反転）
マイナスを忘れない

答え(b) $V_{o1}=6.6\ \mathrm{V}$、$V_{o2}=-3.0\ \mathrm{V}$　→　選択肢(1)

$200/30$ は割り切れませんが、$0.45$ を掛けると $200\times0.45/30=90/30=3$——順序を変えると暗算できます。割り算は最後に回すのがコツです。

問題の解説：(a)は（2）、(b)はVo1＝6.6V・Vo2＝−3.0Vの（1）

GPT Image 2で作成した令和6年度下期理論B問題18の最終解答と選択肢表 — 正解は(a)選択肢（2）、(b)選択肢（1）です。

選択肢	$V_{o1}$	$V_{o2}$	どこを間違えたか
(1)	6.6	-3.0	◎ 正解
(2)	6.6	3.0	反転のマイナスを忘れた
(3)	-6.6	3.0	符号を両方とも逆にした
(4)	-4.5	9.0	回路を取り違えた
(5)	4.5	-9.0	非反転で「1＋」を忘れた（$10\times0.45$）等

(2)を選ぶ人がいちばん多いと思われます。大きさは合っているのに符号で落とす——「反転増幅器」という名前がマイナスを意味していると、名前から思い出してください。

非反転で「1＋」を忘れると $10\times0.6=6.0\ \mathrm{V}$ になります。選択肢に 6.0 はありませんが、6.6 と見比べて「あれ？」と気づけるかどうか——公式の形を正確に。

⚠️ よくある間違い
非反転増幅の増幅度は絶対に1より小さくなりません（$1+R_f/R_1\geqq1$）。反転増幅なら1未満も作れます——この非対称性を覚えておくと、公式を取り違えたときに気づけます。

深掘り①：2つの公式をイマジナリショートから導く

公式を覚えていなくても、2つの掟から3行で作れます——❶$v_+=v_-$（イマジナリショート）、❷入力端子に電流は流れない。

非反転増幅

$$v_-=v_+=V_{i1}$$

❶ イマジナリショート
入力は $+$ 端子

$$v_-=\frac{R_{11}}{R_{11}+R_{12}}V_{o1}$$

❷ 出力の分圧
入力端子に電流は流れない

$$V_{o1}=\left(1+\frac{R_{12}}{R_{11}}\right)V_{i1}$$

❸ 解く
「1＋」が自然に出る

反転増幅

$$v_-=v_+=0\ \mathrm{V}$$

❶ 仮想接地
$+$ 端子が接地

$$\frac{V_{i2}-0}{R_{21}}+\frac{V_{o2}-0}{R_{22}}=0$$

❷ ノードの電流則
入ってきた電流はそのまま抜ける

$$V_{o2}=-\frac{R_{22}}{R_{21}}V_{i2}$$

❸ 解く
マイナスが自然に出る

「1＋」もマイナスも、覚えるものではなく導かれるものです。この2つの導出を一度自分の手で書いておけば、本番で迷いません。

深掘り②：入力インピーダンスの違い

非反転増幅は、信号が直接 $+$ 端子に入ります。そこはオペアンプの入力そのものなので、入力インピーダンスは非常に大きい——数MΩ以上です。

反転増幅は、信号が $R_{21}$ を通ってから仮想接地点に入ります。信号源から見ると $R_{21}$ がそのまま入力インピーダンス——本問なら 30 kΩです。

だから「信号源から電流を取りたくない」ときは非反転を選びます。逆に、複数の信号を足したい（加算回路）なら反転——仮想接地点に電流を集められるからです。

💡 覚え方
非反転＝入力Zが大きい・同相・1倍以上、反転＝入力Zは $R_1$・逆相・1倍未満も可。3点セットで対比して覚えると、どちらを使うべきかも判断できます。

深掘り③：理想と実際のギャップ

項目	理想	実際の一例	影響
開ループ利得	$\infty$	10万〜100万倍	わずかな誤差
入力インピーダンス	$\infty$	数MΩ以上	ほぼ問題なし
出力インピーダンス	0	数十Ω	重い負荷でわずかに低下
入力オフセット電圧	0	数mV	直流増幅で誤差になる
周波数帯域	$\infty$	数MHz	高周波で増幅度が落ちる

試験では常に「理想的なものとする」と書かれるので、表の左列だけで解けます。右列は実務の話ですが、「なぜ理想と断るのか」を知っておくと理解が深まります。

⏱️ 本番での進め方
❶ (a)は「入力Z大・出力Z小」だけ覚えていれば即答。
❷ (b)は図1が非反転（$+$ 端子に入力）、図2が反転（$-$ 端子に入力）と確認。
❸ 非反転は「1＋」、反転は「マイナス」——この2点で選択肢が1つに絞れる。
❹ 割り算は最後に：$200\times0.45/30=3$ と順序を変えれば暗算できる。

出題履歴：演算増幅器は理論科目の最頻出

本問のように「特徴の正誤」と「増幅度の計算」を1問で問う形式は、B問題の典型です。令和2年度A問題13、平成19年度A問題12なども同じ知識で解けます。

この分野はほぼ毎年どこかで出題されます。手を動かして解ける状態にしておけば、本番で確実に得点できます。

★同型問題：【理論】平成22年度 B問題18とほぼ同じ

この問題は【理論】平成22年度 B問題18 と誤りの肢と選択肢番号だけ違うだけの、実質同じ問題です。解き方も答えの中身も変わりません。

項目	令和6年度下期 B問題18	平成22年度 B問題18
(a)の誤りの肢	(2)「入力Zが小さく出力Zが大きい」	(3)「入出力インピーダンスが大きい」
(b)の回路と数値	まったく同じ	10 kΩ/100 kΩ・30 kΩ/200 kΩ
(b)の入力電圧	同じ	0.6 V／0.45 V
(b)の答えの値	同じ	6.6 V／$-3.0$ V
(b)の選択肢番号	(1)　★ここが違う	(2)