電験三種の過去問解説(理論)：2019年(令和元年)問13
負帰還増幅回路(論説)
図のように電圧増幅度Av(>0)の増幅回路と帰還率β(0<β
≦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β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Avと帰還回路の帰還率βの積が1より十分小さいと き、負帰還増幅回路の電圧増幅度は帰還率β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。
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過去問解説
機械科目を勉強していない方には、難しいと思います
(1)(2)(3)は誤りです。
負帰還増幅回路
- 増幅回路の利得が一定となる領域(帯域)を広げられる
- オペアンプの開放利得ばらつきの影響が小さくなる
- 歪みや雑音を抑制できる
(4)は誤りです。
図の伝達関数
\(V_o=(V_i-βV_o)A_v\)
\(V_i：入力電圧\)
\(V_o：出力電圧\)
上記伝達関数より、電圧増幅度(出力電圧/入力電圧)の式を求めましょう。
\(V_o(1+βA_v)=V_iA_v\)
\(\displaystyle\frac{V_o}{V_i}=\displaystyle\frac{A_v}{1+βA_v}\)
ここで、(4)の記述より
ポイント
電圧増幅度Avと帰還回路の帰還率βの積が1より十分小さい
と記載されているため、
\(\displaystyle\frac{V_o}{V_i}=A_v\)
となる。
この式にはβが含まれておらず、βと無関係になるため、(4)の記述は誤りです。
(5)は正しいです。
利得比較
\(A_v\)：負帰還をかけない増幅回路
\(\displaystyle\frac{A_v}{1+βA_v}\)：負帰還増幅回路全体
比較すると、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します。