令和元年度 電験3種 理論 問13の過去問解説

令和元年度 電験3種 理論 問13

図のように電圧増幅度$A_v$($>0$)の増幅回路と帰還率$\beta$($0<\beta≦1$)の帰還回路からなる負帰還増幅回路がある。この負帰還増幅回路に関する記述として、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。ただし、帰還率$\beta$は周波数によらず一定であるものとする。

(1)負帰還増幅回路の帯域幅は、負帰還をかけない増幅回路の帯域幅よりも狭くなる。

(2)電源電圧の変動に対して負帰還増幅回路の利得は、負帰還をかけない増幅回路よりも不安定である。

(3)負帰還をかけることによって、増幅回路の内部で発生するひずみや雑音が増加する。

(4)負帰還をかけない増幅回路の電圧増幅度$A_v$と帰還回路の帰還率$\beta$の積が1より十分小さいとき、負帰還増幅回路全体の電圧増幅度は帰還率$\beta$の逆数で近似できる。

(5)負帰還増幅回路全体の利得は、負帰還をかけない増幅回路の利得よりも低下する。

解答・解説

正解(5)

(1)誤り

負帰還をかけることで帯域幅が広くなります。

(2)誤り

負帰還をかけることで回路が安定になります。

(3)誤り

負帰還をかけることでひずみや雑音に対して強くなります。

(4)誤り

負帰還増幅回路の入力電圧$v_i$と出力電圧$v_o$の関係は、

$$v_o=A_v\left(v_i-\beta v_o\right)$$

$$\frac{v_o}{v_i}=\frac{A_v}{1+A_v\beta}=\frac{1}{\frac{1}{A_v}+\beta}$$

ここで、$A_v\gg1$であれば、

$$\frac{v_o}{v_i}=\frac{1}{\beta}$$

となります。

必要となる条件は$A_v\gg1$であるので、選択肢に示されている「電圧増幅度$A_v$と帰還回路の帰還率$\beta$の積が1より十分小さいとき」とは条件が異なるので誤りです。

(5)正しい

負帰還をかけない場合の利得が$A_v$であり、負帰還をかけることで$\frac{A_v}{1+A_v\beta}$となって減少するので、正しい記述です。

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