図の回路で、時刻t ＝0 でvi に20 mV の直流電圧を加えたとき、t ＝3…
図の回路で、時刻t ＝0 でvi に20 mV の直流電圧を加えたとき、t ＝3 s における出力電圧v［V］に最も近いのはどれか。oただし、演算増幅器は理想的な特性を有する。
- ⑴ －5−5Vは電源電圧で出力が飽和した場合の値です。3秒後の計算値は−3Vで、まだ飽和には達していません。
- ⑵ －3反転積分回路なのでvo＝−(vi/CR)×t＝−(0.020÷0.02)×3＝−3Vとなり、3秒後の出力電圧に一致します。
- ⑶ 00Vになるのは入力が0の場合や、コンデンサの代わりに抵抗を置いた反転増幅回路で入力が0の場合です。直流を積分すれば出力は時間とともに変化します。
- ⑷ 3大きさは合っていますが符号が逆です。反転入力端子側に信号を入れる積分回路なので、正の入力に対して出力は負になります。
- ⑸ 5符号が逆であるうえ、電源電圧で飽和した場合の大きさです。計算値は−3Vです。
この問題は別冊の図版（写真・標本・心電図など）を見て答えます。図版は転載していないため、下の出典のページから公式のPDFをご覧ください。解説だけでも所見の読み取り方が分かるように書いています。
解説
正解は⑵です。図の回路は入力側に抵抗、帰還側にコンデンサを置いた反転積分回路で、出力はvo＝−(1/CR)×∫vi dtとなります。入力が20mVの一定な直流なので積分は時間に比例し、vo＝−(vi/CR)×tと簡単になります。図の抵抗と静電容量からCR＝0.02sが得られるので、−(0.020V÷0.02s)×3s＝−3Vとなります。理想演算増幅器では2入力端子間が仮想短絡となり、入力抵抗を流れる電流がすべてコンデンサに流れ込むことが、この積分動作の根拠です。
出典：厚生労働省ホームページ（https://www.mhlw.go.jp/seisakunitsuite/bunya/kenkou_iryou/iryou/topics/tp260424-06.html）を加工して作成