46AM17｜第46回 第2種ME技術実力検定試験 過去問

正答

3

この問題のポイント

この問題では、理想演算増幅器の仮想短絡とオームの法則を使って、LEDに流れる電流を求めます。

図では、非反転入力端子（＋）が5 Vに接続されています。

理想演算増幅器が負帰還で動作しているとき、反転入力端子（−）の電位も5 Vになると考えます。

解説

理想演算増幅器では、負帰還がかかっている場合、次の性質を使います。

• 反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）の電位は等しい
• 入力端子には電流が流れ込まない

この回路では、＋端子が5 Vに接続されています。

したがって、−端子の電位も、

• V− = V+ = 5 V

となります。

−端子のノードは、100 Ωの抵抗を通して接地されています。

そのため、100 Ω抵抗には5 Vがかかります。

オームの法則より、

• I = V / R
• I = 5 V / 100 Ω
• I = 0.05 A
• I = 50 mA

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、この50 mAはLEDを通って供給される電流になります。

したがって、LEDに流れる電流は50 mAです。

図で見るポイント
＋端子が5 Vなので、負帰還により−端子も5 Vになります。次に、−端子から100 Ω抵抗を通って接地へ流れる電流を計算します。

ひっかけポイント
LEDの順方向電圧を考えたくなりますが、この問題では「理想演算増幅器」とされているため、まず仮想短絡で−端子の電位を決めます。電流は100 Ω抵抗で決まります。

選択肢の確認

1．誤り。
LEDが負帰還経路にあり、回路は−端子を5 Vに保つように動作します。抵抗に電流が流れるため、LED電流は0ではありません。

2．誤り。
5 mAになるには、100 Ω抵抗にかかる電圧が0.5 Vである必要があります。この回路では−端子は5 Vになります。

3．正しい。
−端子は5 Vとなり、100 Ω抵抗に流れる電流は 5 V / 100 Ω = 0.05 A = 50 mA です。入力端子には電流が流れ込まないため、LED電流も50 mAです。

4．誤り。
500 mAになるには、100 Ω抵抗に50 Vがかかる必要があります。図の条件とは合いません。

5．誤り。
5000 mAは5 Aです。100 Ω抵抗に5 Aを流すには500 Vが必要であり、この回路の条件とは合いません。

覚えるポイント

• 理想演算増幅器の負帰還では、V+ = V− と考える。
• 理想演算増幅器の入力端子には電流が流れ込まない。
• オームの法則は I = V / R。
• この問題では、100 Ωに5 Vがかかるため、I = 5 / 100 = 0.05 A。
• 0.05 A = 50 mA。