増幅

増幅（ぞうふく）とは、入力された信号を、元の信号よりも大きな出力信号として取り出す作用のことです。この作用は、電気信号（電圧、電流、電力）、光、空気圧や油圧といった流体の圧力、機械的な振動や変位、音響や音波など、様々な物理現象に対して適用されます。

増幅の方法には大きく分けて二つあります。一つは、元の物理現象を直接的に拡大する方法です。例えば、電気信号を増幅する増幅回路や、光を増幅するラマン増幅器などがこれに該当します。もう一つは、元の物理現象を一旦別の物理現象に変換し、その変換された現象を増幅した後、再び元の物理現象に戻す方法です。この例としては、マイクロフォンとスピーカー、増幅回路を用いた音響増幅や、光-電気/電気-光変換素子を用いた光増幅などがあります。

「増幅」という言葉から、入力エネルギーが勝手に増大するような印象を受けるかもしれませんが、実際にはエネルギー保存の法則に従っています。増幅には、必ず外部からのエネルギー供給が必要となります。例えば、オーディオアンプ（音声信号の増幅回路）では、音声信号と増幅用の電流をトランジスタに供給することで、出力信号の増減を制御します。

この仕組みは、しばしば「川と水門」の比喩で説明されます。大きな川を流れる水（外部エネルギー源）の量を、水門の開閉によって制御するイメージです。入力信号に比例して水門を開閉すると、流れ出る水の量（出力）が増減します。このとき、流れ出る水（出力）は入力信号と同じ形をしていますが、水量は入力信号よりも大幅に大きくなります。水門の開閉に必要なエネルギー損失はごくわずかです。

ただし、入力エネルギーの全てを有効な出力として取り出せるわけではありません。実際に有効に取り出せる割合は「増幅器の効率」と呼ばれます。増幅器の性能を評価する上で重要な指標となります。

関連用語としては、以下のものがあります。

電子工学: 電子の運動や作用を応用した工学分野であり、増幅回路などの設計に不可欠です。
光エレクトロニクス: 光と電子の相互作用を扱う分野であり、光増幅器などの開発に用いられます。
* 相乗効果: ある要素が別の要素と組み合わさることで、個々の要素の合計よりも大きな効果を生み出す現象。社会や経済などの分野で増幅の概念に似た意味で用いられることがあります。

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