オペアンプの入力インピーダンスとLPF特性の違いを解説｜RCフィルタとの比較とGBWの影響

オペアンプの基本特性や、RCローパスフィルタ（LPF）との違いについて疑問を持つ場面は多くあります。特に「入力インピーダンスはどの程度か」「オペアンプを使うと理論通りのLPF特性になるのはなぜか」という点は混乱しやすいポイントです。この記事では、その仕組みを整理して解説します。

バイポーラ入力とMOS入力の入力インピーダンス

オペアンプの入力インピーダンスは入力段の構造によって大きく異なります。

バイポーラ入力型では一般的に10^5〜10^7Ω程度が目安となります。

MOS入力（FET入力）型では10^9〜10^12Ωと非常に高い値を持つのが一般的です。

入力インピーダンスが高いほど、信号源への負荷が小さくなります。

これは前段回路の電圧をほとんど変化させずに測定・増幅できることを意味します。

そのため精密回路ではMOS入力型が好まれることがあります。

通常のRCフィルタでは高周波になるとコンデンサのESL（等価直列インダクタンス）の影響が現れます。

その結果、理論的な減衰特性からずれが生じることがあります。

特に高周波領域では理想的な容量として振る舞わなくなります。

オペアンプを用いたアクティブフィルタでは、回路動作がオペアンプのゲイン帯域幅（GBW）に強く依存します。

このため、コンデンサ単体のESL特性よりもオペアンプの周波数特性が支配的になります。

結果として、設計したカットオフ周波数に比較的近い特性が得られます。

オペアンプは有限の帯域幅を持ち、高周波では利得が低下します。

この減衰特性がフィルタのロールオフ特性に影響を与えます。

そのため、回路全体としてはオペアンプの周波数応答に制限される形になります。

受動RCフィルタは素子そのものの物理特性（CのESLなど）に依存します。

一方アクティブフィルタは増幅素子を含むため、動作が回路全体のフィードバック特性で決まります。

この違いが「理論通りに見えるかどうか」の差につながります。

オペアンプの入力インピーダンスはバイポーラで10^5〜10^7Ω、MOS入力で10^9Ω以上が一般的です。

またオペアンプLPFはコンデンサ単体のESLよりも、GBWなどのオペアンプ特性が支配的になるため、理論値に近い挙動を示しやすくなります。

RCフィルタとの違いは「素子単体の特性か、フィードバックを含むシステム特性か」という点にあります。