1. 抵抗の直列・並列 ふつう
R1 = 12 Ω IR1 R3 = 8 Ω + − V1 18 V R2 15 Ω A R4 6 Ω B 電源が供給し R1 を流れる電流 IR1 を求めよ。
V1 = 18 V R1 = 12 Ω R2 = 15 Ω R3 = 8 Ω R4 = 6 Ω
IR1 = A
2. 抵抗の直列・並列 むずかしい
R1 = 8 Ω IR1 R3 = 12 Ω R5 = 15 Ω + − V1 6 V R2 3 Ω A R4 8 Ω B R6 6 Ω 電源が供給し R1 を流れる電流 IR1 を求めよ。
V1 = 6 V R1 = 8 Ω R2 = 3 Ω R3 = 12 Ω R4 = 8 Ω R5 = 15 Ω R6 = 6 Ω
IR1 = A
3. 節点解析 ふつう
R1 = 12 Ω R3 = 6 Ω IR3 + − V1 18 V R2 10 Ω A R4 10 Ω B Is 4 A 節点解析を使って 矢印の向きに R3 を流れる電流 IR3 を求めよ。
V1 = 18 V Is = 4 A R1 = 12 Ω R2 = 10 Ω R3 = 6 Ω R4 = 10 Ω
IR3 = A
4. 節点解析 むずかしい
R1 = 25 Ω R2 = 8 Ω R4 = 15 Ω + − V1 5 V R3 6 Ω A R5 15 Ω B Is 3 A + − V2 12 V 節点解析を使って 節点電圧 VB (接地基準) を求めよ。
V1 = 5 V Is = 3 A V2 = 12 V R1 = 25 Ω R2 = 8 Ω R3 = 6 Ω R4 = 15 Ω R5 = 15 Ω
VB = V
5. 網目解析 ふつう
R1 = 5 Ω R2 = 10 Ω + − V1 24 V R3 10 Ω A + − V2 15 V I1 I2 網目解析を使って 網目電流 I2 (時計回り) を求めよ。
V1 = 24 V V2 = 15 V R1 = 5 Ω R2 = 10 Ω R3 = 10 Ω
I2 = A
6. 網目解析 むずかしい
R1 = 6 Ω R2 = 30 Ω R3 = 15 Ω + − VR3 + − V1 12 V R4 25 Ω A R5 6 Ω B + − V2 10 V I1 I2 I3 網目解析を使って 図の極性での R3 の両端電圧 VR3 を求めよ。
V1 = 12 V V2 = 10 V R1 = 6 Ω R2 = 30 Ω R3 = 15 Ω R4 = 25 Ω R5 = 6 Ω
VR3 = V
7. 重ね合わせの理 ふつう
R1 = 20 Ω R3 = 8 Ω + − V1 12 V R2 8 Ω + − VR2 A R4 5 Ω B Is 1.5 A 重ね合わせの理を使って 図の極性での R2 の両端電圧 VR2 を求めよ。
V1 = 12 V Is = 1.5 A R1 = 20 Ω R2 = 8 Ω R3 = 8 Ω R4 = 5 Ω
VR2 = V
8. 重ね合わせの理 むずかしい
線形抵抗回路に 3 つの独立電源 V1 、V2 、Is がある。負荷を流れる電流 I を 3 回測定した。すべての電源が通常の値のとき I = 14.5 mA。V1 を 2 倍にし、他の 2 つはそのままのとき I = 19.5 mA。Is の向きを逆にし、他の 2 つはそのままのとき I = −3.5 mA。V2 を止め、V1 と Is が通常の値のときの負荷電流 I を求めよ。
通常: I = 14.5 mA 2·V1 : I = 19.5 mA −Is : I = −3.5 mA
I = mA
9. テブナン・ノートン ふつう
R1 = 20 Ω R3 = 10 Ω + − V1 15 V R2 5 Ω A a b
端子 a–b から見たテブナン電圧 Vth を求めよ。
V1 = 15 V R1 = 20 Ω R2 = 5 Ω R3 = 10 Ω
Vth = V
10. テブナン・ノートン むずかしい
R1 = 6 Ω R3 = 30 Ω + − V1 18 V R2 30 Ω A Is 5 A B RL 10 Ω IL a–b 間に負荷 RL = 10 Ω を接続する。回路の残りをテブナン等価回路に置き換え、負荷電流 IL を求めよ。
V1 = 18 V Is = 5 A R1 = 6 Ω R2 = 30 Ω R3 = 30 Ω RL = 10 Ω
IL = A
11. RC・RL 過渡現象 ふつう
+ − Vs 10 V t = 0 R = 10 Ω L 68 mH i(t) t = 0 でスイッチが閉じる前、コイルに電流は流れていない。 t = 10 ms でコイルに蓄えられているエネルギー W を mJ で求めよ。
Vs = 10 V R = 10 Ω L = 68 mH t = 10 ms
W = mJ
12. RC・RL 過渡現象 むずかしい
+ − Vs 5 V t = 0 R = ? C 47 µF + − vC
タイマーが t = 0 に、5 V の電源から抵抗を通して充電されていないコンデンサの充電を始める。コンデンサの電圧が 4 V に達したとき、開始からちょうど 50 ms 後に作動しなければならない。 C = 47 µF のとき、必要な抵抗 R を求めよ。
Vs = 5 V Vth = 4 V T = 50 ms C = 47 µF
R = kΩ
13. 交流インピーダンスとフェーザ ふつう
100 V 50 Hz R = 25 Ω L = 20 mH C = 22 µF 直列 RLC 回路を 100 V(実効値)、50 Hz の電源に接続する。 インピーダンスの位相角 φ を度で求めよ(電流が電圧より遅れるとき正)。
V = 100 V (rms) f = 50 Hz R = 25 Ω L = 20 mH C = 22 µF
φ = °
14. 交流インピーダンスとフェーザ むずかしい
50 V 50 Hz R1 = 40 Ω R2 = 50 Ω C = 47 µF I 抵抗 R1 が、R2 とコンデンサ C の並列回路と直列に接続され、50 V(実効値)、50 Hz の電源に接続されている。 電流の実効値 I を求めよ。
V = 50 V (rms) f = 50 Hz R1 = 40 Ω R2 = 50 Ω C = 47 µF
I = A
15. 交流電力と力率 ふつう
240 V R + jX P = 1656 W 11.5 A 誘導性負荷が 240 V(実効値)の単相電源から 11.5 A と 1656 W を消費する。これを抵抗 R とリアクタンス X の直列回路としてモデル化する。 R を求めよ。
V = 240 V I = 11.5 A P = 1656 W
R = Ω
16. 交流電力と力率 むずかしい
200 kVA の単相変圧器が、遅れ力率 0.65 で 44 kW の負荷に電力を供給している。変圧器が kVA 定格に達するまでに、抵抗負荷(力率 1)としてあとどれだけの有効電力 ΔP を追加できるか。
Smax = 200 kVA P1 = 44 kW pf1 = 0.65
ΔP = kW
17. 三相電力 ふつう
A B C VL = 400 V IL = ? M 7.5 kW, η = 88% cos φ = 0.85 三相誘導電動機が全負荷で 7.5 kW の機械出力を出している。この負荷での効率は 88%、力率は遅れ 0.85 である。電源の線間電圧は 400 V である。線電流 IL を求めよ。
Pout = 7.5 kW η = 88% cos φ = 0.85 VL = 400 V
IL = A
18. 三相電力 むずかしい
P = 150 kW φ1 S1 Q2 QC
平衡三相負荷が、415 V(線間)、50 Hz の電源から遅れ力率 0.65 で 150 kW を消費している。負荷と並列に三相コンデンサバンクを接続し、全体の力率を遅れ 0.9 に改善する。有効電力は変わらない。 コンデンサは Y 結線である。各コンデンサの静電容量 Cph を µF で求めよ。
P = 150 kW pf1 = 0.65 pf2 = 0.9 VL = 415 V f = 50 Hz
Cph = µF
19. 変圧器 ふつう
11000 V 400 V IHV = ? ILV 10 kVA 単相 10 kVA、11000/400 V の変圧器が定格負荷で運転している。理想変圧器とみなす。高圧巻線の電流 IHV を求めよ。
S = 10 kVA V1 = 11000 V V2 = 400 V
IHV = A
20. 変圧器 むずかしい
単相 100 kVA の変圧器の鉄損は 400 W、定格負荷での銅損は 1000 W である。 効率が最大になる負荷 Sη,max を kVA で求めよ。
S = 100 kVA Pcore = 400 W Pcu,fl = 1000 W
Sη,max = kVA
21. オペアンプ回路 ふつう
− + Vout Rf = ? R1 = 10 kΩ Vin この非反転増幅器の電圧利得を 11 にする帰還抵抗 Rf を選べ。
R1 = 10 kΩ Av = 11
Rf = kΩ
22. オペアンプ回路 むずかしい
− + Vout R2 = 4.7 kΩ V1 = 0.6 V R1 = 47 kΩ V2 = 0.9 V R3 = 1 kΩ R4 = 47 kΩ オペアンプは理想的で、±15 V 電源で動作する。 抵抗の比はそろっていない。出力電圧 Vout を求めよ。
V1 = 0.6 V V2 = 0.9 V R1 = 47 kΩ R2 = 4.7 kΩ R3 = 1 kΩ R4 = 47 kΩ
Vout = V
23. ダイオードとトランジスタ ふつう
RC = 3.3 kΩ β = 120 VCC = 15 V RB = 470 kΩ β = 120 の NPN トランジスタが、電源 VCC = 15 V からベース抵抗 RB = 470 kΩ でバイアスされている。コレクタ抵抗は RC = 3.3 kΩ で、エミッタは接地されている。VBE = 0.7 V とし、トランジスタは活性領域にあると仮定する。 コレクタ–エミッタ間電圧 VCE を求めよ。
VCC = 15 V RB = 470 kΩ RC = 3.3 kΩ β = 120 VBE = 0.7 V
VCE = V
24. ダイオードとトランジスタ むずかしい
RC = 100 Ω β = 50 VCC = 5 V 3.3 V RB = ? β = 50 の NPN トランジスタが、VCC = 5 V とコレクタの間に接続された 100 Ω の負荷抵抗をスイッチングする。エミッタは接地されている。ベースは 3.3 V のロジック出力からベース抵抗 RB を通して駆動される。VBE = 0.7 V、VCE(sat) = 0.2 V とする。 トランジスタをちょうど飽和させることのできる最大のベース抵抗 RB を kΩ で求めよ。
VCC = 5 V RC = 100 Ω β = 50 Vin = 3.3 V VBE = 0.7 V VCE(sat) = 0.2 V
RB = kΩ
25. 記数法 ふつう
8 ビットの 2 の補数 0 −128 0 64 0 32 0 16 0 8 0 4 0 2 0 1
8 ビットの 2 の補数で −22 を格納するようにビットを設定します。符号なしの数として読むと、このパターンの値 U はいくつですか?
N = −22 8 bit
U =
26. 記数法 むずかしい
10 ビットの 2 の補数, N = ? ? 符号 ? ? ? ? ? ? ? ? ?
10 ビットの 2 の補数で表せる最小(最も負の)整数 N はいくつですか?
10 bit
N =
27. デジタル論理:ゲート・カルノー図・フリップフロップ ふつう
AB CD 00 01 11 10 00 01 11 10 0 0 0 1 0 3 1 2 1 4 1 5 0 7 1 6 0 12 1 13 1 15 0 14 1 8 1 9 1 11 0 10
カルノー図を使って F(A, B, C, D) = Σm(2, 4, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15) の最小の積和形(SOP)を求めてください。リテラル L は合計でいくつ含まれますか(プライム付きの変数も 1 つのリテラルと数えます)?
F(A, B, C, D) = Σm(2, 4, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15)
L =
28. デジタル論理:ゲート・カルノー図・フリップフロップ むずかしい
AB CD 00 01 11 10 00 01 11 10 X 0 1 1 0 3 0 2 0 4 1 5 1 7 0 6 0 12 0 13 0 15 0 14 0 8 X 9 1 11 0 10
d はドントケア条件を表します。F(A, B, C, D) = Σm(1, 5, 7, 11) + d(0, 9) の最小の SOP 形を求めてください。リテラル L はいくつ含まれますか?
F(A, B, C, D) = Σm(1, 5, 7, 11) + d(0, 9)
L =
29. ラプラス変換 ふつう
Re Im −5 −10 −15 −20 −25 −30 −35 −40 5 F(s) = (s + 39)/(s² + 2s + 26) の f(t) を平方完成によって求め、f(1.5) を計算せよ。
F(s) = (s + 39)/(s² + 2s + 26) t = 1.5 s
f(1.5) =
30. ラプラス変換 むずかしい
t (s) y(t) t = 0.2 y(0.2) = ? ある系が y″ + 4y′ + 3y = 1.5·u(t) に従う。系は静止状態(y(0) = 0、y′(0) = 0)から始まり、入力は t ≥ 0 で大きさ 5 のステップ u(t) である。ラプラス変換を用いて出力 y(0.2) を求めよ。
y″ + 4y′ + 3y = 1.5·u(t) u(t) = 5 y(0) = 0, y′(0) = 0 t = 0.2 s
y(0.2) =
31. ブロック線図 ふつう
R(s) + K (s + 4)(s + 6) G(s) C(s) − プラント G(s) = K/((s + 4)(s + 6)) を単位負帰還ループに入れる。閉ループが臨界減衰(等しい 2 つの実数極)になるゲイン K を求めよ。
G(s) = K/((s + 4)(s + 6)) 単位負帰還
K =
32. ブロック線図 むずかしい
R(s) + 28 s(s + 2) G(s) C(s) 1 H − プラント G(s) = 28/(s(s + 2)) を、センサのゲイン H = 1 の負帰還ループに入れる。閉ループの極は複素数である。 その虚部 ωd (正の値)を rad/s で求めよ。
G(s) = 28/(s(s + 2)) H = 1
ωd = rad/s
33. ステップ応答 ふつう
ある系の伝達関数は G(s) = 80/(s² + 8s + 40) で、単位ステップ入力を受ける。 ステップ応答のピーク時間 tp を求めよ。
G(s) = 80/(s² + 8s + 40)
tp = s
34. ステップ応答 むずかしい
k = 1000 N/m c = 40 N·s/m m = 2.5 kg F = 50 N x(t) 質量 m = 2.5 kg のおもりが、ばね定数 k = 1000 N/m のばねと粘性ダンパ c = 40 N·s/m にぶら下がっている(m·x″ + c·x′ + k·x = F)。平衡状態で静止しているところに、一定の力 F = 50 N を突然加える。 最大変位 xmax を mm で求めよ。
m = 2.5 kg k = 1000 N/m c = 40 N·s/m F = 50 N
xmax = mm
35. ボード線図と余裕 ふつう
vin C = 47 nF R = 1 kΩ vout
図の RC ハイパスフィルタ は R = 1 kΩ, C = 47 nF です。850 Hz の正弦波入力が加えられます。 vin に対する vout の位相のずれ φ を度で求めよ。
R = 1 kΩ C = 47 nF f = 850 Hz
φ = °
36. ボード線図と余裕 むずかしい
|H| (dB) 0.1 0.1 1 1 10 10 100 100 −60 −40 −20 0 20 40 ω (rad/s) φ (°) ω (rad/s) −180 −135 −90 −45 0 ωc = ? ユニティフィードバック系の開ループ伝達関数は L(s) = 24/(s(s + 8)) である。 |L(jω)| = 1 となるゲイン交差周波数 ωc を求めよ。
L(s) = 24/(s(s + 8))
ωc = rad/s
37. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 ふつう
R(s) + K s + 4 (s − 3)(s + 3) C(s) − 制御対象 G(s) = (s + 4)/((s − 3)(s + 3)) は s = 3 に不安定な極をもちます。比例ゲイン K で、その周りに単位フィードバックのループを組みます。閉ループが安定になる最小のゲイン Kmin を求めなさい。
G(s) = (s + 4)/((s − 3)(s + 3))
Kmin =
38. 安定性:ラウス・フルビッツ法と根軌跡 むずかしい
単位フィードバックのループで L(s) = K/(s(s + 5)(s + 6)) です。根軌跡の漸近線が実軸と交わる点 σa を求めなさい。
L(s) = K/(s(s + 5)(s + 6))
σa =
39. 定常偏差と PID 制御 ふつう
R(s) + K (s + 1)(s + 10) C(s) − 単位フィードバックのループで G(s) = K/((s + 1)(s + 10)) です。ステップ入力に対する定常偏差が 4 % となるゲイン K を求めなさい。
G(s) = K/((s + 1)(s + 10)) ess = 4 %
K =
40. 定常偏差と PID 制御 むずかしい
R(s) + Kp + Ki /s 10 s + 4 C(s) − PI 制御器 C(s) = Kp + Ki /s が、単位フィードバックのループで制御対象 G(s) = 10/(s + 4) を制御しています。閉ループは ωₙ = 5 rad/s、ζ = 0.8 でなければなりません。比例ゲイン Kp を求めなさい。
G(s) = 10/(s + 4) ωₙ = 5 rad/s ζ = 0.8
Kp =