45AM16｜第45回第2種ME技術実力検定試験過去問

図の増幅回路の入力抵抗の大きさはどれか。ただし、演算増幅器は理想演算増幅器とする。

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正解: 2

正答

この問題では、理想演算増幅器 を用いた 反転増幅回路 の入力抵抗を読み取ります。

図では、入力信号は 10 kΩ の抵抗を通って、演算増幅器の − 端子に入っています。

＋端子は接地されており、出力から − 端子へ 50 kΩ の帰還抵抗が接続されています。

このような負帰還がかかった理想演算増幅器では、− 端子は 仮想接地 として扱えます。

理想演算増幅器では、次の2つを基本として考えます。

図では、＋端子が接地されています。

したがって、

V_+ = 0 V

負帰還により、

V_- ≒ V_+ = 0 V

となります。

この − 端子は実際に接地線につながっているわけではありませんが、電位が 0 V になるため 仮想接地 と呼ばれます。

入力端子から見ると、入力信号は 10 kΩ の抵抗を通って仮想接地に流れるように見えます。

理想演算増幅器の入力端子には電流が流れ込まないため、入力電流はすべて 10 kΩ の入力抵抗を通って流れます。

したがって、この増幅回路の入力抵抗は 10 kΩ です。

なお、50 kΩ の抵抗は帰還抵抗であり、反転増幅回路の利得を決めます。

利得 = - 帰還抵抗 / 入力抵抗

利得 = - 50 kΩ / 10 kΩ

利得 = -5

しかし、この問題で問われているのは利得ではなく、入力端子から見た入力抵抗です。したがって、正答は 10 kΩ です。

図で見るポイント
入力から最初に通る抵抗が 10 kΩ です。その先の − 端子は、＋端子が接地されているため仮想接地になります。入力端子から見ると、10 kΩ が接地につながっているように見えるため、入力抵抗は 10 kΩ です。

ひっかけポイント
理想演算増幅器そのものの入力抵抗は無限大と考えます。しかし、この問題は「演算増幅器単体」ではなく「図の増幅回路全体」の入力抵抗を問うています。反転増幅回路では、入力抵抗は入力側の抵抗 10 kΩ になります。

1．0 Ω
誤り。
入力端子が直接接地されているわけではありません。入力信号は 10 kΩ の抵抗を通って仮想接地へ向かうため、入力抵抗は 0 Ω ではありません。

2．10 kΩ
正しい。
この回路は反転増幅回路です。＋端子が接地され、負帰還により − 端子は仮想接地になります。入力端子から見ると、10 kΩ の抵抗が仮想接地につながっているように見えるため、入力抵抗は 10 kΩ です。

3．50 kΩ
誤り。
50 kΩ は出力から − 端子へ戻る帰還抵抗です。これは主に増幅率を決める抵抗であり、入力端子から見た入力抵抗そのものではありません。

4．60 kΩ
誤り。
10 kΩ と 50 kΩ を単純に足して 60 kΩ と考えるのは誤りです。− 端子は仮想接地となり、入力端子から見えるのは入力側の 10 kΩ です。

5．∞（無限大）
誤り。
理想演算増幅器の入力端子自体には電流が流れ込まないため、演算増幅器単体の入力抵抗は無限大と考えます。しかし、この回路全体の入力抵抗は、入力端子から仮想接地へつながる 10 kΩ によって決まります。