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オペアンプの仮想接地とは?

オペアンプを使用した負帰還アンプ

仮想接地とはグランドや直流電圧などの基準電位に直接つながっていないが、電圧の変位が少なく安定した電圧を維持している端子(ノード)のことを指します。
仮想接地の考え方がよく用いられる素子としてオペアンプがあります。図-1にオペアンプを使用した負帰還アンプを示します。
オペアンプは理想オペアンプと考えると以下の考え方ができます。
①開ループゲインAVが無限大
②入力インピーダンスが無限大
③出力インピーダンスがゼロ
まずR1を流れる電流i1は条件②により全てR2を流れます。
i1 = (Vi – V) / R1 = (V− - Vo) / R          (1)
オペアンプの基本式は Vo = AV(V+ - V)    (2)
(1)式と(2)式からV+を求めると
V+ = {1 + (R+ R2) / (AV * R1)} * V - R2 * Vi / (AV * R1)
条件①から V = Vを導くことができます。
このことからマイナス側の入力Vの電圧は接地しているV+の電圧に等しいことが分かります。
このV-端子の状態を仮想接地と呼びます。

感覚的な理解としては、オペアンプの開ループゲインAVは非常に大きく、入力間の電位差が大きくなると出力が異常に大きくなります。現実のオペアンプでもAVは約100dB (105倍) あります。一般的な出力電圧(数V)を得るときの入力間の電位差は(数V / 105) となり、電圧はほぼ等しくなります。

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