ご覧いただきありがとうございます。ここでは、低インピーダンスな定電圧源を作るための回路の一つである、ボルテージフォロア回路についてざっくりとご説明いたします。リファレンス電圧の供給など、定電圧を負荷にかけたいときに、負荷によって電圧が変わらないようにするため、電圧源の出力インピーダンスを低くする必要があり、このためにボルテージフォロア回路が使われることがあります。
ボルテージフォロア回路は、非反転増幅回路のひとつ
オペアンプの特徴を表す 仮想短絡（イマジナリーショート）の記事でオペアンプを使った非反転増幅回路についてご説明いたしましたが、ボルテージフォロア回路は非反転増幅回路の一例といえます。増幅率を決めているオペアンプ外付けの抵抗を、R1＝∞、R2＝0としたものになります。
増幅率の計算式にあてはめると Vout=Vinとなりますので、入力を1倍して出力する、つまり入力と同じ電圧が出力されます。入力をそのまま出力するのは意味ないのでは？と思われるかもしれませんが、これが有用になることがあります。それは、低インピーダンスな定電圧源をつくることができる、というものです。
低インピーダンスな定電圧源
5Vの電源を2つの1kΩ抵抗で分圧して2.5Vを作成し、負荷にかけることを考えてみます。負荷にも抵抗があり、例えばそれが1kΩの場合、回路全体で計算すると負荷にかかる電圧は 1.67V になってしまいます。負荷の抵抗値が変われば、負荷にかかる電圧も変わってしまいます。そこで、ボルテージフォロア回路を挿入し、抵抗分割して作った2.5Vをボルテージフォロア回路の入力とします。こうすると、負荷にかかる電圧は常に2.5Vとなり、負荷の抵抗値が変わっても変化しません。
電圧の入出力という観点でみると、抵抗分割で2.5Vを作っている部分から電圧を出力し、負荷に入力していると考えることができます。抵抗分割の部分は出力インピーダンス、負荷は入力インピーダンスと考えることができます。一般に回路としては、出力インピーダンスは低く、入力インピーダンスは高くすることで、想定した電圧供給ができるようになります。
ボルテージフォロア回路を挿入した回路では、5V電源から負荷に電流が流れているわけではないので、実は5V電源は負荷に対する電源ではありません。回路図では省略されることが多いのですが、オペアンプにも電源が別途供給されており、負荷に対する電源はオペアンプがを通して供給されているのです。
まとめ
低インピーダンスな定電圧源を作るための回路の一つである、ボルテージフォロア回路についてざっくりとご説明いたしました。増幅率1倍ということで一見意味が無いように思われますが、低インピーダンスな定電圧源を作るのに使うことができます。電圧源を作るためには、出力は低インピーダンス、入力は高インピーダンスが望ましいという原則も理解していただけたのではないかと思います。
