電子回路 I：練習問題と試験問題

ダイオード、バイポーラトランジスタ、オペアンプ回路、RC 回路：回路解析の次に学ぶ最初の電子回路の科目です。

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この科目のトピック

電子回路 Iの試験のコツ

状態（ダイオードのオン・オフ、トランジスタの活性・飽和）を仮定して解き、その仮定が正しいか確認しましょう。
理想オペアンプに負帰還がかかっているとき、2 つの入力は同じ電圧になります。
問題文に特に指定がなければ、シリコントランジスタでは V_BE = 0.7 V を使いましょう。

解答例

ダイオードとトランジスタやさしい

3.3 V のツェナーダイオードに、470 Ω の抵抗を通して 18 V を加えます。負荷はつながれていません。抵抗を流れる電流 I_R を求めなさい。

V_in = 18 VV_Z = 3.3 VR = 470 Ω

求めるもの： I_R (mA)

ヒントを表示

ツェナーは出力を V_Z に保ちます。
V_R = 18 − 3.3 = 14.7 V.
I = V/R.

答えとステップごとの解答を表示

ツェナーレギュレータ：逆バイアスされたツェナーダイオードは、電流が最小値 I_Z,min を上回っている限り、電圧 V_Z を保ちます。直列抵抗 R が入力と出力の差を受け持ちます：I_R = (V_in − V_Z)/R。この電流は負荷 I_L = V_Z/R_L とツェナー I_Z = I_R − I_L に分かれます。最悪の場合を想定して設計します：入力が最低で負荷が最大のときでも I_Z,min が残らなければならず、入力が最高で無負荷のときにツェナーの電力 P_Z = V_Z·I_Z が最大になります。

抵抗の電圧

V_R = 18 − 3.3 = 14.7 V

電流

I_R = 14.7/470 = 31.28 mA

答え

I_R = 31.28 mA

オペアンプ回路ふつう

オペアンプは理想的で、±15 V 電源で動作する。出力は ±12 V で飽和する。非反転増幅器を正弦波で駆動する。出力がクリップしない最大の入力振幅 V_in,max（最大値）を求めよ。

R₁ = 1 kΩR_f = 47 kΩV_sat = ±12 V

求めるもの： V_in,max (V)

ヒントを表示

非反転増幅器の利得は 1 + R_f/R₁。
出力の最大値 |利得|·V_in は V_sat より小さくなければなりません。
|A_v| = 48.

答えとステップごとの解答を表示

理想オペアンプの規則：負帰還があるとき、オペアンプは 2 つの入力が同じ電圧 (V₋ = V₊) になるよう出力を調整し、どちらの入力にも電流は流れ込みません。この 2 つを使って反転入力で KCL を立てると出力が求まります。

利得

A_v = 1 + R_f/R₁ = 1 + 47/1 = 48

クリップ前の最大入力

V_in,max = V_sat/|A_v| = 12/48 = 0.25 V

答え

V_in,max = 0.25 V

練習のしかた

「この科目を練習する」では、本番の試験のように、すべてのトピックの問題が混ざって出題されます。
問題ごとに数値が変わるので、答えではなく解き方が身につきます。
行き詰まったら、まず小さなヒントを開き、必要なときだけ詳しい解説を見ましょう。
模擬試験には制限時間があり、ヒントはありません。最後にスコアと詳しい振り返りが表示されます。

この科目の計算ツール

直列・並列抵抗の計算ツール分圧回路の計算ツール RC 時定数の計算ツールオペアンプ利得の計算ツール LED 抵抗の計算ツール 555 タイマの計算ツール（無安定と単安定）オームの法則の計算ツール（電圧・電流・抵抗・電力）抵抗のカラーコードの計算ツール（4・5・6 本帯）コンデンサの計算ツール（直列・並列・電荷・エネルギー）