電験三種 R4年度下期 理論 問13 問題と解説

　問 題　　　　　

図1は、正弦波を出力しているある発振回路の構造を示している。この発振回路の帰還回路の出力端子と増幅回路の入力端子との接続を切り離し、図2のように適当な周波数の正弦波V_iを増幅回路に入力すると、次の二つの条件が同時に満たされている。

1. 増幅回路の入力電圧V_iと帰還回路の出力電圧V_fが(　ア　)である。
2. 増幅回路の増幅度|V_o/V_i|をA、帰還回路の帰還率|V_f/V_o|をと表すとき、(　イ　)である。図1で示される発振回路は、条件1より(　ウ　)回路である。

上記の記述中の空白箇所(ア)～(ウ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

• (ア)　　  (イ)　　　(ウ)

1. 同相　　Aβ≧1　　正帰還
2. 逆相　　Aβ≦1　　負帰還
3. 同相　　Aβ＜1　  負帰還
4. 逆相　　Aβ≧1　　正帰還
5. 同相　　Aβ＜1　  正帰還

 

 

 

 

 

　解 説　　　　

問題の図1を見ると、増幅回路の出力の一部が帰還回路を経て入力側へ戻っていることがわかります。このことを帰還(フィードバック)といいますが、これには(　ウ　)の選択肢に書かれている「正帰還」と「負帰還」とがあります。

正帰還(positive feedback)回路とは、入力時の信号と帰還時の信号の位相がそろっているとき、入力信号に応じて帰還回路の信号が加算され(＝発振)、段々と入出力が増幅されていくような回路のことです。

負帰還(negative feedback)回路とは、入力時の信号と帰還時の信号の位相が逆であるとき、入力信号が変化した際にそれを打ち消すように帰還回路が働き、結果としてばらつきの少ない安定した出力が得られる回路のことです。

本問の場合、問題文に「発振回路」とあるので正帰還回路となります。また、図1を見ても増幅回路と帰還回路が同位相である(上同士・下同士でつながっている)ため、やはり正帰還回路だとわかります。

よって、(　ア　)には「同相」、(　ウ　)には「正帰還」が入ります。

また、(　イ　)はAβが1以上か1未満かが問われていますが、A＝|V_o/V_i|、β＝|V_f/V_o|より、次のように書けます。

上式において、V_iは入力電圧、V_fは出力電圧であるので、正帰還回路で増幅させるためにはV_fのほうが大きくなくてはなりません。よって、Aβは1以上となるため、(　イ　)には「Aβ≧1」が入ります。

以上から、(　ア　)は「同相」、(　イ　)は「Aβ≧1」、(　ウ　)は「正帰還」となるので、正解は(1)です。