本章では、オペアンプを使用するうえで注意しなければならない同相入力電圧範囲について簡単に説明します。

最大定格は動作保証ではない

オペアンプの入力端子に印加できる電圧は、絶対最大定格で決まる電圧以外に、同相入力電圧範囲ＶＩＣＭと呼ぶ制限があります。
最大定格は、その定格値までは壊れないが一瞬でも超えたら永続的なダメージをＩＣが受けるというもので、オペアンプとしての正常動作を保証するという意味ではありません。
正常動作を保証する規格は別にあり、その一つが同相入力電圧範囲ＶＩＣＭというものです。

動作保証する同相入力電圧範囲

同相入力電圧範囲は、オペアンプの仕様書に「同相入力電圧範囲」や「Input Voltage Range」等の文言で表示されています。
例えば、汎用オペアンプの代表的なＩＣである３５８系の一つＬＭ３５８では、以下のように規定しています。
　（条件）ＶＣＣ＝＋５Ｖ、ＶＥＥ＝０Ｖ、２５℃
　同相入力電圧範囲ＶＩＣＭ　：　最小０Ｖ～最大３．５Ｖ
上記を見ると、入力電圧の下限は０Ｖ、上限は３．５Ｖであり、上限はＶＣＣの５Ｖまで使用できないことがわかります。
この同相入力電圧範囲は、オペアンプ内部回路の種類によって変わります。
　ＰＮＰ Ｔｒ入力系オペアンプ（３５８系）の例　→　ＶＥＥ～ＶＣＣ－１．５Ｖ
　ＦＥＴ入力系オペアンプの例　→　ＶＳＳ＋３Ｖ～ＶＤＤ
　ＣＭＯＳ系オペアンプの例　→　ＶＳＳ～ＶＤＤ

上記にある電源の記号ＶＣＣなどは、オペアンプの製法によりＶＤＤになったりと、呼び方が変わります。
慣習みたいなものなので、電源のことと思っていればＯＫです。

同相入力電圧範囲外で使うと何が起こる？

では、同相入力電圧範囲を超えた電圧を印加した場合はどうなるでしょうか。
ほとんど場合、オペアンプは増幅動作をしません。
例えば、以下のように３５８系のオペアンプで非反転増幅器の場合。
　ＶＣＣ＝＋５Ｖ、ＶＥＥ＝０Ｖ
　仕様書上の同相入力電圧範囲：０Ｖ～３．５Ｖ
　設定した増幅率：＋１倍

Ｅｉを０Ｖから＋電源電圧の５Ｖまで上げていきます。
その場合の入力電圧Ｅｉと出力電圧Ｅｏのグラフは以下となります。

増幅率１倍なので、出力電圧は入力電圧に比例して０Ｖから上がっていきますが、同相入力電圧範囲の３．５Ｖを超えると、入力電圧に関係なく出力電圧は最大値に張り付いたままになります。

このように、同相入力範囲外の電圧を印加すると、オペアンプは異常を起こしてしまいます。
オペアンプを使用する時は、入力電圧が同相入力電圧範囲内に必ず入るよう回路を調整する必要があります。

オペアンプを使い始めて日が浅い新人エンジニアの時に、この同相入力電圧範囲の罠に思いっきりはまったことがありました。（遠い目）
入力電圧はきちんと電源電圧内で問題ないはずなのに、何をしても出力が振り切ってしまい、理由がわからずしばらく悩んだことがあります。
現実の部品と教科書的な理想理論の違いを肌で感じた貴重な経験でした。