電験三種 令和5年度(2023) 下期 機械 問18(a) 過去問解説

問18(a) 《自動制御(CR回路の伝達関数)》
(選択問題:問17または問18のどちらか1問を解く) 図1は,調節計の演算回路などによく用いられるブロック線図を示す。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 (a) 図2は,図1のブロック $G_1(\mathrm{j}\omega)$ の詳細を示し,静電容量 $C$[F]と抵抗 $R$[Ω]からなる回路を示す。この回路の入力量 $V_1(\mathrm{j}\omega)$ に対する出力量 $V_2(\mathrm{j}\omega)$ の周波数伝達関数 $G_1(\mathrm{j}\omega) = \dfrac{V_2(\mathrm{j}\omega)}{V_1(\mathrm{j}\omega)}$ を表す式として,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問18(a)の図
  1. (1) $\dfrac{1}{CR + \mathrm{j}\omega}$
  2. (2) $\dfrac{1}{1 + \mathrm{j}\omega CR}$
  3. (3) $\dfrac{CR}{CR + \mathrm{j}\omega}$
  4. (4) $\dfrac{CR}{1 + \mathrm{j}\omega CR}$
  5. (5) $\dfrac{\mathrm{j}\omega CR}{1 + \mathrm{j}\omega CR}$
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正解は(5)
使う公式
電圧の分け方 $V_2 = V_1 \times \dfrac{R}{R + \dfrac{1}{\mathrm{j}\omega C}}$($\dfrac{1}{\mathrm{j}\omega C}$:コンデンサのインピーダンス)
解説
【考え方】入力電圧は、コンデンサと R に分かれてかかります。出力は R の電圧です。 ■1 回路を見る 解説の図 出力 $V_2$ は R の電圧なので、電圧の分け方の式から $G_1 = \dfrac{R}{R + \frac{1}{\mathrm{j}\omega C}}$ ■2 式を整える 分母と分子に $\mathrm{j}\omega C$ をかけて、分数の中の分数をなくします。 分子:$R \times \mathrm{j}\omega C = \mathrm{j}\omega CR$ 分母:$\left(R + \dfrac{1}{\mathrm{j}\omega C}\right) \times \mathrm{j}\omega C = \mathrm{j}\omega CR + 1$ $G_1 = \dfrac{\mathrm{j}\omega CR}{1 + \mathrm{j}\omega CR}$ 答えは(5)ピヨ。
出典:令和5年度(2023) 下期 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)機械 問18(a)