Suppose we want to multiply this input by a number

この入力に数値を掛けて、

to produce another voltage that we will refer to as the output.

出力と呼ぶ別の電圧をつくりたいとしましょう。

Or, suppose that we have several input voltages,

または、いくつかの入力電圧があり、

and we wish to add them together,

それらを一緒に足し合わせ

and for the output voltage to represent their sum.

出力電圧がその合計となるようにしたいとします。

Operations such as these, as well as many far more advanced calculations

こうした操作や、はるかに高度な計算は、

can be performed with circuits that have what we call an

オペレーショナル・アンプリファイア、

operational amplifier, typically referred to as an “op amp.”

通称「オペアンプ」を使って実行できます。

In this video, we will discuss circuits that have an “ideal op amp.”

このビデオでは、「理想的なオペアンプ」を備えた回路について説明します。

An op amp has two input terminals and one output terminal.

オペアンプには 2つの入力端子と 1つの出力端子があります。

The op amp also has two terminals for providing power to the device.

オペアンプへの電力供給用の端子も 2つあります。

Current can never flow into or out of the input terminals.

入力端子に電流が流れ込むことはありません。

Current can flow into and out of the output terminal.

電流は出力端子に出入りできます。

The current that flows into or out of the output is supplied

出力に流入または流出する電流は、オペアンプに

by the two terminals providing power to the op amp.

電力を供給する 2つの端子から供給されます。

The two terminals providing power to the op amp are typically not shown.

通常、オペアンプに電力供給する 2端子は示しません。

But, it is important to keep in mind that the op amp

ただし、注意してほしいのは、

only has the ability to produce output voltages that are

オペアンプが生成できる出力電圧は

in between the voltages of the two power terminals.

2つの電源端子の電圧間の電圧だけです。

One of the two inputs has a plus sign next to it,

2つの入力の 1つにはプラス記号が付いており、

and the other input has a minus sign next to it.

もう 1つの入力にはマイナス記号が付いています。

The op amp takes the voltage value of the “plus” input,

オペアンプは「＋」入力の電圧値を取得し、

and subtracts from it the voltage value of the “minus” input.

そこから「－」入力の電圧値を減算します。

The op amp then takes this difference between the two input voltages,

オペアンプは 2つの入力電圧の差を取り、

and multiplies it by a very large number.

非常に大きな数で乗算します。

The op amp then tries to make the output voltage

そしてオペアンプは出力電圧を

equal to the value of this result.

この結果の値に等しくしようとします。

This means that if the “plus” input is even slightly lower than the “minus” input,

これは、「＋」入力が「－」入力よりもわずかに低い場合、

the op amp will try to make the output voltage equal to

オペアンプは出力電圧を生成可能な最大の負数に

the largest negative number it is capable of producing.

等しくしようとすることを意味します。

And if the “plus” input is slightly higher than the “minus” input,

また、「＋」入力が「－」入力よりもわずかに高い場合、

the op amp will try to make the output voltage equal to

オペアンプは出力電圧を

the largest positive number it is capable of producing.

生成可能な最大の正数に等しくしようとします。

Now, suppose that we do something that we call providing negative feedback.

ここで、負帰還をかけると呼んでいることを行うことにします。

These two resistors cause a portion of the output voltage to be added

これら 2つの抵抗により、出力電圧の一部が

to the value of the op amp's “minus” input terminal.

オペアンプの「－」入力端子の値に加算されます。

Suppose that the voltage of the op amp's “plus” input terminal

オペアンプの「＋」入力端子の電圧が、

is lower than the value of the op amp's “minus” input terminal.

「－」入力端子の値よりも低いとします。

This will cause the op amp to want to decrease the voltage value

するとオペアンプは出力端子の電圧値を下げようとし

of the output terminal, which will then also end up decreasing

その結果、オペアンプの

the voltage of the op amp's “minus” input terminal.

「－」入力端子の電圧も下がります。

The output voltage will stop decreasing when the op amp's “minus” input terminal

出力電圧の低下が停止するのは、オペアンプの

is almost exactly equal to the value of the op amp's “plus” input terminal.

「－」入力端子が「＋」入力端子の値とほぼ正確に等しくなったときです。

Now, let us consider a new scenario.

次に、新しいシナリオを考えましょう。

Suppose that the voltage of the op amp's “plus” input terminal

オペアンプの「＋」入力端子の電圧が、

is higher than the value of the op amp's “minus” input terminal.

「－」入力端子の値よりも高いとします。

This will cause the op amp to increase the voltage value of

するとオペアンプは出力端子の電圧値を増やし、

the output terminal, which will then also end up increasing

その結果、オペアンプの

the voltage of the op amp's “minus” input terminal.

「－」入力端子の電圧も増加します。

The output voltage will stop increasing when the op amp's “minus” input terminal is

出力電圧の増加が停止するのは、オペアンプの

almost exactly equal to the value of the op amp's “plus” input terminal.

「－」入力端子が「＋」入力端子の値とほぼ正確に等しくなった時です。

Therefore, the presence of negative feedback always forces

したがって、負帰還が存在すると、オペアンプの

the op amp's two input terminals to always be at almost the same voltage value.

2つの入力端子が常にほぼ同じ電圧値になります。

Once the voltages of the op amp's two input terminals are almost at the same value,

オペアンプの 2つの入力端子の電圧が一旦

the difference between them is a very small number.

ほぼ同じ値になると、それらの差はごくわずかです。

The output voltage is then this very small number

すると出力電圧は、この非常に小さな数に

multiplied by a very large number.

非常に大きな数を掛けたものになります。

For this example, let us suppose that the value of the

この例では、オペアンプの「＋」入力端子の値が

op amp's “plus” input terminal is always set to zero volts.

常にゼロボルトに設定されていることにします。

The negative feedback will force the op amp's “minus” input terminal

負帰還により、オペアンプの「－」入力端子も

to also always be set to close to zero volts.

常にゼロボルトに近い値に設定されます。

Let us define this point here as the input of the circuit.

ここで、この点を回路の入力として定義しましょう。

If we apply a voltage to this input, a current will flow.

この入力に電圧を印加すると、電流が流れます。

Since current is unable to flow into or out of the op amp's input terminals,

電流はオペアンプの入力端子に出入りすることができないため、

the value of current that flows through the first resistor

最初の抵抗を流れる電流の値も

must also be the exact same value of current that flow through the second resistor.

2番目の抵抗を流れる電流とまったく同じ値でなければなりません。

The voltage drop across each resistor is the value of

各抵抗における電圧降下は、

this current multiplied by the resistor's resistance.

この電流の値に抵抗を掛けた値です。

Now, let us suppose that one of the resistors has a larger value,

ここで、抵抗の 1つの値が大きいことにします。

which we will represent as two resistors in series.

このことを、直列にした 2つの抵抗で表します。

Now, the magnitude of output voltage is changed as shown.

これで、出力電圧の大きさが図のように変わります。

If we want the output voltage to be positive when the input voltage is positive,

入力電圧が正のときに出力電圧を正にしたい場合は、

then we can change the location of the input voltage as shown.

図のように入力電圧の位置を変更します。

Our circuit can have several different inputs.

回路に複数の異なる入力を持たせることができます。

All resistance values are the same.

すべての抵抗値は同じです。

Since current can't flow into the op amp's input terminals,

電流がオペアンプの入力端子に流れないため、

this means that the current through the resistor on the right

つまりは、右側の抵抗を流れる電流は

is equal to the sum of the current flowing through the other three resistors.

他の 3つの抵抗に流れる電流の和に等しくなります。

The voltage drop of the resistor on the right is the sum of all these currents

右側の抵抗の電圧降下は、これら全ての電流の和に

multiplied by the resistor's resistance.

抵抗を掛けたものです。

The output voltage therefore represents the sum of all the input voltages.

よって、出力電圧は全ての入力電圧の和を表します。

Suppose we use a capacitor in the circuit as shown.

図のようにコンデンサを回路で使うことにします。

The output voltage represents

出力電圧が表すのは

the integral of the input voltage waveform with respect to time.

入力電圧波形の時間積分です。

Suppose we swap the positions of the resistor and the capacitor.

抵抗とコンデンサの位置を入れ替えましょう。

The output voltage represents

出力電圧が表すのは

derivative of the input voltage waveform with respect to time.

入力電圧波形の時間に関する導関数です。

Another important use of op amps is to act as a buffer.

オペアンプのもう1つの重要な用途は、バッファとして機能することです。

In this case, the output voltage is exactly equal to the input voltage.

この場合、出力電圧は入力電圧と正確に等しいです。

Although no current is ever drawn from the input,

入力から電流が流れることはありませんが、

the output terminal supplies a current coming from the op amp's power terminals.

出力端子はオペアンプの電源端子から供給される電流を供給します。

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