負帰還・とは？図解で学ぶ、仕組みと身の回りの具体例共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

はじめに

このページでは「負帰還・とは？」を初心者にもわかるように解説します。負帰還とは、出力の一部を入力側に戻して足し合わせる仕組みのことです。誤差を小さくして、機械や生き物の動きを安定させる重要な役割を果たします。

負帰還の基本原理

私たちの身の回りには、目標値と現在値を比べて差を減らす仕組みがたくさん存在します。負帰還では、出力が目標値からずれるほど、それを感知して入力信号を調整します。これにより、出力は徐々に設定値に近づく方向へ変化します。

どういうときに使われるのか

代表的な例は以下のとおりです。

家庭用エアコン（関連記事：アマゾンでエアコン（工事費込み）を買ってみたリアルな感想）の温度調整: 設定温度と部屋の実温度の差を感知し、冷房・暖房の強さを調整して温度を設定値に近づけます。
電気回路・アンプの安定化: 出力の変化を抑え、音の歪みを減らすためにゲインを制御します。
生物の生理機能: 体温・血糖・血圧などを一定の範囲に保つ仕組みも負帰還の代表的な例です。

負帰還と正帰還の違い

負帰還は「誤差を減らす方向へ働く」仕組みですが、正帰還は「誤差を増やす方向へ働く」仕組みです。これらはそれぞれ、安定を作るための設計と、時には発振や急激な変化を起こすための設計として使われます。

<th>特徴

負帰還	正帰還
目的	誤差を減らす	誤差を増やす
結果	システムを安定化	発振や急激な変化の促進
例	温度調整、音響機器の安定化	一部の発電機の始動時のブーストなど

身の回りの具体例を深掘り

負帰還は、日常のさまざまな場面で“安定させる力”として働きます。家の温度を一定に保つ、車の速度を目標値に近づける、音量を一定に保つといった現象は、負帰還の考え方を使って実現されています。

健康・生理の例: 血糖値が上がるとインスリンが分泌され、血糖値を下げる方向へ働きます。これは体の内部で行われる負帰還の一種です。
教育的な実例: スピーカーの自動ゲインコントロールなど、音量を一定に保つ工夫も負帰還の考えを活かしています。

負帰還の設計時のポイント

負帰還を設計するときには、強さのバランスと応答の速さが重要です。強すぎると過剰に反応して安定を崩すことがあり、弱すぎると目標値から大きく逸れてしまいます。適切な遅延や取り回しを考えることが、良い負帰還設計のコツです。

最後に

今回の内容を通じて、負帰還という考え方が身の回りの機械・生物・社会の安定にどれだけ深く関わっているかが見えてきたと思います。授業や日常の観察で、出力と入力の差を減らす仕組みとして捉えると、理解が進みやすくなります。

負帰還の同意語

負のフィードバック: 出力を参照して入力を抑制する仕組み。誤差を減らし、システムの安定性を高める基本的な制御手法です。
ネガティブフィードバック: 英語の negative feedback の和訳。出力の情報を用いて入力を低減させ、全体の挙動を安定化させます。
ネガティブ・フィードバック: 同じ意味の別表記。スペースの有無の違いのみ。
陰性フィードバック: 生物学や生理学で使われる表現。体内の状態を一定に保つため、出力を抑えて調整します。
陰性帰還: 陰性フィードバックの別表現。工学・生物学の文脈で同義として使われます。
負帰還制御: 負のフィードバックを用いた制御手法の総称。機械や電子回路などで用いられます。
負帰還作用: 負のフィードバックが引き起こす安定化や誤差の低減という作用を指す語。
否定的フィードバック: 一般的には否定的な指摘を指す語ですが、技術文脈でも負の作用・挙動の抑制を意味することがあります。
負のフィードバック回路: 出力を取り込み、それを回路内で処理して入力を抑制する回路構成のこと。

負帰還の対義語・反対語

正帰還: 出力が入力と同じ方向に作用するフィードバック。負帰還と反対の効果をもたらし、系の応答を増幅・不安定化させることが多い。
正のフィードバック: 出力が入力と同じ方向に増幅されるタイプのフィードバック。閾値を超えると急激な変化や発散を引き起こすことがある。
プラスフィードバック: 正帰還と同義の表現。日常語・技術語の両方で使われる。
増幅的フィードバック: 出力の変化をさらに大きく増幅させるフィードバックのこと。
強化フィードバック: 変化を強める働きを持つフィードバックの別称。
開放系: フィードバックを用いない、入力と出力の間に帰還ループがない系。負帰還の対義語的に使われることがある。
オープンループ: 開放系と同義。フィードバックを使わず、外部条件だけで出力が決まる状態。
開ループ: 開放系の別表現。帰還を含まない回路・系。
無帰還: 系に帰還が存在しない状態。負帰還がある状況の対義語として使われる。
フィードバックなし: 帰還の機構が働かない状態。日常語としても用いられる。

負帰還の共起語

正帰還: 出力が入力と同相で戻ると増幅を促進し、発振や不安定を招く回路のこと。
フィードバック: 出力の情報を入力へ戻して、系の挙動を調整する仕組み全般。
フィードバック回路: 回路としてのフィードバック機構を組み込んだ部分。
閉ループ: 出力を入力へ戻して閉じたループを形成する制御系。
開ループ: フィードバックを使わず、外部の入力だけで応答する系。
安定性: 外乱や初期条件の変化に対して安定して収束する性質。
安定性解析: システムが安定かを判定する方法・手法。
ループゲイン: フィードバック回路内での総合的な増幅量。
位相余裕: 振動を抑えるための位相の余裕。
ゲイン余裕: 許容できる増幅の余裕量。
過渡応答: 入力の変化後に現れる一時的な応答の様子。
定常誤差: 長時間安定しても残る誤差のこと。
誤差: 目標値と実際の出力の差。
補償: 安定性・応答を改善するための追加設計要素。
PID制御: 比例・積分・微分の3要素で誤差を補正する制御方式。
オペアンプ: 負帰還を用いて高精度の増幅を行う電子部品。
ノイズ抑制: ノイズの影響を低減する機能・設計。
制御系: 全体としての制御システムのこと。
伝達関数: 入力と出力の関係を数式で表したもの。
ナイキスト安定判別: ナイキスト線図を用いて安定性を評価する方法。
時間遅延: 回路内の信号伝達遅延が安定性や応答に影響する要因。
回路設計: 負帰還を使った回路設計全般。

負帰還の関連用語

負帰還: 外部の出力を取り込み、それを入力側へ戻して系の出力を抑制・安定化させるフィードバックの一形態。ノイズの低減・線形化・歪みの抑制などの効果がある一方、遅延や過減衰によって応答が鈍くなることもある。
正帰還: 出力を増幅因子として戻し、系の出力を極端に増幅させるフィードバック。発振や不安定化を招く危険性があるが、発振器やスイッチング動作などで意図的に利用されることもある。
フィードバック: 出力の情報を回路やシステムに戻し、入力と出力の関係を修正・制御する仕組み全般。音響・電子回路・機械系など幅広く使われる概念。
帰還回路: フィードバックを実現するための具体的な回路構成。センサーで出力を検知し、信号を加工して再投入する経路を含む。
オープンループ: 出力を参照せず、入力だけで動作する回路や制御。外乱の影響を受けやすく、精度を要する場面では不安定になりがち。
クローズドループ: 出力をセンサーで検知して戻す閉じた制御ループ。安定性と再現性を高めるのに有効。
ループゲイン: フィードバック経路を通るゲインの総合的な乗数。大きすぎると不安定になり、小さすぎると制御が利かなくなる。
ゲイン: 信号の増幅倍率。負帰還では実効ゲインを制御して出力を適正な範囲にする。
安定性: 出力が暴走せず、予測可能に振る舞う性質。過渡応答の振幅を抑え、発振を防ぐことが目標。
過渡応答: 入力の変化後、出力が新しい定常状態に落ち着くまでの過程。応答速度・オーバーシュート・減衰が指標になる。
オーバーシュート: ステップ入力時に出力が目標値を一時的に超える現象。設計上は抑制対象。
アンダーシュート: 目標値に到達する前に出力が目標値の方向と反対側に振れる現象。
周波数応答: 入力信号の周波数成分に対する出力の振る舞いを表す特性。高周波成分がどれだけ減衰するかを示す。
ボード線図: 周波数応答を対数スケールで描いたグラフ。ゲインと位相の変化を一目で確認できる。
位相裕度: 安定性を示す指標のひとつ。位相がどれだけ遅れても発散せずに済む余裕のこと。
ゲイン余裕: フィードバック系が安定するために許容できる最大ゲインの余裕度。
ナイキスト安定判別: ナイキスト線図を用いて、ループの安定性を判断する古典的手法。
位相補償: 回路の位相遅れを抑えて安定性を向上させる設計技術。例えばコンデンサや補償回路の追加。
PID制御: 比例・積分・微分を組み合わせた制御法。負帰還を意図的に用い、目標値へ速く・正確に追従させる。
ホメオスタシス: 生体が内部環境を一定に保つ仕組み。負帰還は体温・血糖・血圧などの調整で重要。
負のフィードバックが生体に与える効果: 安定性の向上・過剰反応の抑制・健全な恒常性の維持につながる生体機構。
ノイズリダクション: 負帰還によって信号中のノイズ成分を抑え、出力の質を高める効果。
線形化: 非線形な系を小さな擾乱の範囲で線形近似して解析する手法。負帰還の設計・解析でよく使われる。
自動制御: 外乱に対して自動的に調整して、設定値や仕様を満たすようにする技術・分野。
フィードバックループ: 出力を取り込み、再び入力へ戻す経路の総称。複数の回路素子で構成されることが多い。