今回は令和2年度 理論科目 A問題13を解説します。演算増幅器（オペアンプ）とそれを用いた正相・逆相増幅回路に関する5つの記述のうち、誤っているものを選ぶ問題です。
オペアンプは電源が必要で、入力インピーダンスが大きく、比較器にも使えます。図1は正相（非反転）、図2は逆相（反転）増幅回路。ボルテージホロワにするには帰還抵抗R_Fを短絡・R_Sを開放する点がポイントです。
令和2年度 理論科目 A問題13：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。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和2年度 第三種電気主任技術者試験」理論科目 A問題13
電験3種 理論科目 【電子理論（電子回路）】 令和2年度 A問題13
演算増幅器及びそれを用いた回路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）演算増幅器には電源が必要である。
（2）演算増幅器の入力インピーダンスは、非常に大きい。
（3）演算増幅器は比較器として用いられることがある。
（4）図1の回路は正相増幅器、図2の回路は逆相増幅器である。
（5）図1の回路は、抵抗RSを0Ω（短絡）し、抵抗RFを∞Ω（開放）すると、ボルテージホロワである。
出題のポイント：演算増幅器の基本事項を順に確認する
(1)〜(3)は演算増幅器の基本事項として正しく、図1は入力が＋端子に入る正相増幅器、図2は入力がR_Sを通って−端子に入る逆相増幅器なので(4)も正しいです。ボルテージホロワは出力を−端子へ直接戻すため、R_F→0、R_S→∞とする必要があります。条件を逆にした(5)が誤りです。
解説：図1と図2を入力端子と増幅度の式で判定する
(1) 演算増幅器には電源が必要である → 正しい
演算増幅器はトランジスタを多数集めた能動素子です。抵抗やコンデンサと違って、動かすには電源が要ります。回路図では省略されがちですが、必ず電源端子があります。
(2) 入力インピーダンスは非常に大きい → 正しい
理想オペアンプの入力インピーダンスは無限大——だから「入力端子に電流は流れない」と扱えます。実際の製品でも数MΩ〜数百MΩあります。
(3) 比較器として用いられることがある → 正しい
負帰還をかけずに（または正帰還で）使うと、2入力の大小に応じて出力が振り切れます——これが比較器（コンパレータ）です。シュミットトリガ回路もこの応用です。
(4) 図1は正相増幅器、図2は逆相増幅器である → 正しい
入力を \(+\) 端子に加えるのが正相（非反転）、\(-\) 端子に加えるのが逆相（反転）です。信号がどちらの端子に入るかだけで決まります。
(5) \(R_S\) を短絡・\(R_F\) を開放でボルテージホロワ → ★誤り
頭の「1」を忘れない
1倍どころか発散する
これがボルテージホロワ
誤りの特定：ボルテージホロワの正しい抵抗条件
| 選択肢 | 内容 | 判定 | 見分けの決め手 |
| (1) | 電源が必要 | ○ | 能動素子だから当然 |
| (2) | 入力Zが非常に大きい | ○ | 理想は∞ |
| (3) | 比較器に使える | ○ | 帰還をかけなければ比較器 |
| (4) | 図1正相・図2逆相 | ○ | 信号が入る端子で決まる |
| (5) | \(R_S\)短絡・\(R_F\)開放でホロワ | × | ◎ 短絡と開放が逆 |
(5)は「ボルテージホロワ」という正しい用語を使っているぶん、うっかり○にしがちです。用語ではなく、抵抗の条件を式に代入して確かめる——これが確実な方法です。
⚠️ よくある間違い
「短絡＝0Ω」「開放＝∞Ω」を取り違えると、正しいものまで誤りに見えてきます。短絡は電線でつなぐこと（抵抗0）、開放は切り離すこと（抵抗∞）——回路図で線を引くか消すかで考えると間違いません。
深掘り①：ボルテージホロワは何のためにあるのか
増幅度が1倍なら意味がないように見えますが、役割は「電圧を増やすこと」ではなく「インピーダンスを変換すること」です。
出力インピーダンスが大きい信号源（センサなど）に、抵抗の小さい負荷を直接つなぐと電圧が下がります。間にボルテージホロワを入れると、信号源からはほとんど電流を取らず、負荷には十分な電流を供給できます。
入力インピーダンスは非常に大きく、出力インピーダンスは非常に小さい——トランジスタのエミッタホロワ（コレクタ接地）とまったく同じ役割です。
「バッファ」とも呼ばれます。測定器の入力段、A-D変換器の前段など、正確な電圧を渡したいところには必ず入っています。
深掘り②：正相増幅と逆相増幅を式で比べる
| 正相（非反転）増幅器 | 逆相（反転）増幅器 | |
| 信号を入れる端子 | \(+\) 端子 | \(-\) 端子 |
| 増幅度 | \(1+\dfrac{R_F}{R_S}\) | \(-\dfrac{R_F}{R_S}\) |
| 位相 | 同相 | 逆相 |
| 入力インピーダンス | 非常に大きい | \(R_S\) |
| 1倍未満 | 作れない | 作れる |
正相増幅の「1＋」がどこから来るか——出力を分圧した電圧が入力と等しくなるからです。\(v_i=\frac{R_S}{R_S+R_F}v_o\) を解くと \(v_o/v_i=1+R_F/R_S\) になります。
逆相増幅では \(-\) 端子が仮想接地（0 V）になるので、\(R_S\) の左端から見た抵抗はちょうど \(R_S\)——入力インピーダンスが \(R_S\) で決まるのはこのためです。
深掘り③：理想オペアンプと実際のオペアンプ
| 項目 | 理想 | 実際の一例 |
| 開ループ利得 | \(\infty\) | 10万〜100万倍 |
| 入力インピーダンス | \(\infty\) | 数MΩ〜数百MΩ |
| 出力インピーダンス | 0 | 数十Ω |
| 周波数帯域 | \(\infty\) | 数MHz |
| 入力オフセット電圧 | 0 | 数mV |
試験では常に「理想的なものとする」と書かれます。そのときに使える武器は、イマジナリショートと「入力端子に電流は流れない」の2つだけです。
開ループ利得が10万倍もあるのに、なぜ増幅度が数倍で済むのか——負帰還で意図的に下げているからです。下げた分だけ、帯域が広がり、ひずみが減り、安定になります。
深掘り④：比較器として使うとき何が変わるか
負帰還がないと、わずかな入力差でも開ループ利得（10万倍）で増幅され、出力は瞬時に電源電圧まで振り切れます。出力は「上」か「下」の2値だけ——これが比較器です。
このとき、イマジナリショートは成立しません。2入力が同電位になるのは、負帰還が働いて自動的にそう調整されるからで、帰還がなければ揃わないのです。
正帰還を加えるとシュミットトリガになり、しきい値が2つに分かれてノイズに強くなります。令和4年度上期A問題13がまさにその出題です。
💡 覚え方
出力がどちらの入力端子に戻っているかを最初に見る——\(-\) 端子なら負帰還（増幅器・イマジナリショート成立）、\(+\) 端子なら正帰還（比較器・成立しない）、戻っていなければ単純な比較器。この3分類で回路の性格が決まります。
⏱️ 本番での進め方
❶ 「誤っているもの」は、まず常識で消える肢を落とす。(1)(2)(3)は即○。
❷ 残った肢は式に代入して確かめる——(5)は \(R_S=0\) で分母がゼロ。
❸ 短絡＝0Ω、開放＝∞Ω を落ち着いて当てはめる。
★ボルテージホロワ＝「帰還を線でつなぎ、入力側の抵抗を外す」と図で覚える。
出題履歴：演算増幅器は理論科目の最頻出テーマ
演算増幅器はほぼ毎年出題されます。語句の正誤・増幅度の計算・発振回路への応用と、切り口を変えて繰り返し問われます。
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。
まとめ
| (5)誤り | ボルテージホロワはR_F=0・R_S=∞（条件が逆） |
| (1)(2) | 電源必要・入力Z大（正） |
| (3) | 比較器に利用（正） |
| (4) | 図1正相・図2逆相（正） |
| 答え | (5) |
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