ループゲインとは？初心者にもわかる基本の解説共起語・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）

ループゲインとは？

ループゲインとは、回路の中で出力された信号が再び入力側に戻ってくるときの総合的な増幅のことです。開放ループゲインと フィードバック係数 β を組み合わせたときの力加減を示します。簡単に言えば、ループ全体がどれくらい大きくなるかを示す“力の大きさ”の指標です。

なぜループゲインが大事なのか

多くの電子機器は 負のフィードバック を使って出力を安定させます。ループゲインが適切に設定されていれば、目標値に近づく力が強く働き、誤差が小さくなります。ですが、ループゲインが大きすぎると位相の遅れが問題を起こし、発振や不安定さ が生まれることもあります。中学生にも分かるように言えば、強すぎる抑制はむしろぐらつきを作ることがあるということです。

オペアンプを使った身近な例

家庭でよく使われるオペアンプ回路では、出力を回路の別の場所に戻して安定化します。図を頭の中に描くと Aol は開放ループゲイン、β はフィードバック係数です。ループゲインは L = Aol × β で表されます。

計算の基本

例えば開放ループゲインが大きく、β が小さい場合には L が大きくなり、出力の誤差を抑える力が強くなります。反対に β が大きいと、ループを通る信号が大きくなるので、安定性の余裕が小さくなることがあります。現実の回路では周波数が上がるにつれて Aol が落ちるため、ループゲインの大きさは周波数によって変化します。この点を理解することが、回路設計の第一歩です。

以下の表は用語の整理と計算の基本をまとめたものです。

<th>用語

意味
開放ループゲイン	フィードバックを使わないときの信号の増幅率
β	フィードバックの割合、出力のどのくらいを入力に戻すかを表す
ループゲイン	L = Aol × β、回路全体の回帰力を示す

よくある誤解とポイント

誤解のひとつは ループゲインが高いほど必ず良い、というものです。実際には周波数や相位の影響、回路の設計目的に合わせて適切な値を選ぶことが大切です。適切なループゲインは、出力の安定性と応答速度のバランスを取ることを意味します。

もう少し詳しい話

実際の設計ではセンサや温度ドリフト、ノイズなどの影響を考えます。ループゲインを調整することで、外乱に対する追従性と過剰な振動の抑制を両立させます。周波数が高くなるほど回路の挙動は難しくなるので、データシートの特性曲線を読む練習も大切です。

まとめ

この話の要点は次の三つです。まず ループゲインとは回路内で戻ってくる信号の総合的な増幅度を表す指標であること。次に L = Aol × β という式で計算でき、周波数によって変化する点。最後に適切な値を選ぶことが、安定で正確な回路設計の鍵であることです。

ループゲインの同意語

ループ利得: ループゲインと同じ意味で、回路内の信号が循環する際の総合的な増幅量のこと。フィードバック回路の挙動を評価する基本指標として使われます。
ゲイン（利得）: 信号の増幅度を表す一般用語。ループゲインの説明では“ゲイン（利得）”と表現されることが多いですが、文脈次第で回路全体の増幅を指す場合もあるため、区別が必要です。

ループゲインの対義語・反対語

低ゲイン: ループ全体のゲインが小さい状態。フィードバックの影響が弱く、追従性が落ち、定常誤差が大きくなることがある。
ゼロゲイン: ループ内の総合ゲインがゼロとなり、フィードバック機能がほぼ働かない状態。外乱やモデルの変化に対する抑制効果がほとんどなく、応答が外乱に支配されやすくなる。
オープンループゲイン: フィードバックを含まない開ループ系のゲイン。ループゲインがなく、外乱に対する補正が働かず、安定性や性能が大きく低下する状態。
減衰ゲイン: 信号が増幅されずに減衰する性質のゲイン。ループゲインが1以下になることを指す場合が多く、過度な減衰は応答を鈍らせる一方、ノイズ抑制には寄与することもある。
低ループ利得: 低いループ利得の同義語。ゲインが小さいことでフィードバックの抑制力が弱く、誤差の改善効果が小さい状態。
非循環ゲイン: ループを形成せずフィードバックの作用がない、あるいは開ループに近い状態のゲイン。