電験三種 令和8年度(2026) 上期 理論 問13 過去問解説

問13 《電子回路(FET増幅回路)》
図は,電界効果トランジスタ(FET)を用いたソース接地増幅回路の簡易小信号交流等価回路である。この回路の電圧増幅度$A_{\mathrm{v}} = \left|\dfrac{v_{\mathrm{o}}}{v_{\mathrm{i}}}\right|$を近似する式として,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし,図中のS,G,Dはそれぞれソース,ゲート,ドレインであり,$v_{\mathrm{i}}$[V],$v_{\mathrm{o}}$[V],$v_{\mathrm{gs}}$[V]は各部の電圧,$g_{\mathrm{m}}$[S]はFETの相互コンダクタンスである。また,抵抗$r_{\mathrm{d}}$[Ω]は抵抗$R_{\mathrm{L}}$[Ω]に比べて十分大きいものとする。
問13の図
  1. (1) $g_{\mathrm{m}} r_{\mathrm{d}}$
  2. (2) $g_{\mathrm{m}} R_{\mathrm{L}}$
  3. (3) $g_{\mathrm{m}}(R_{\mathrm{L}} + r_{\mathrm{d}})$
  4. (4) $\dfrac{g_{\mathrm{m}} r_{\mathrm{d}}}{R_{\mathrm{L}}}$
  5. (5) $\dfrac{g_{\mathrm{m}} R_{\mathrm{L}}}{R_{\mathrm{L}} + r_{\mathrm{d}}}$
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正解は(2)
使う公式
電流源の電流 $i = g_{\mathrm{m}} v_{\mathrm{gs}}$($g_{\mathrm{m}}$:相互コンダクタンス[S](入力の電圧が出力の電流をどれだけ動かすか)) 並列の合成抵抗 $R = \dfrac{r_{\mathrm{d}} R_{\mathrm{L}}}{r_{\mathrm{d}} + R_{\mathrm{L}}}$ オームの法則 $v_{\mathrm{o}} = iR$
解説
【考え方】入力の電圧で決まる電流が、出力側の抵抗に流れて、出力の電圧になります。 ■1 入力側:$v_{\mathrm{gs}}$ は $v_{\mathrm{i}}$ と同じ 図の左側で、電源 $v_{\mathrm{i}}$ はそのままG−S間につながっています。 $v_{\mathrm{gs}} = v_{\mathrm{i}}$ ■2 出力側:電流が抵抗に流れる 解説の図 電流源から $g_{\mathrm{m}} v_{\mathrm{i}}$ の電流が出て、$r_{\mathrm{d}}$ と $R_{\mathrm{L}}$ の並列部分に流れます。 $r_{\mathrm{d}}$ はとても大きいので、電流はほとんど $R_{\mathrm{L}}$ を通ります。 $v_{\mathrm{o}} = g_{\mathrm{m}} v_{\mathrm{i}} \times \dfrac{r_{\mathrm{d}} R_{\mathrm{L}}}{r_{\mathrm{d}} + R_{\mathrm{L}}}$ $r_{\mathrm{d}}$ が大きいので、分母は $r_{\mathrm{d}} + R_{\mathrm{L}} \fallingdotseq r_{\mathrm{d}}$ です。 $v_{\mathrm{o}} \fallingdotseq g_{\mathrm{m}} v_{\mathrm{i}} \times \dfrac{r_{\mathrm{d}} R_{\mathrm{L}}}{r_{\mathrm{d}}} = g_{\mathrm{m}} v_{\mathrm{i}} R_{\mathrm{L}}$ ■3 増幅度を求める 出力の電圧を、入力の電圧で割ります。 $A_{\mathrm{v}} = \dfrac{v_{\mathrm{o}}}{v_{\mathrm{i}}} \fallingdotseq g_{\mathrm{m}} R_{\mathrm{L}}$ 答えは(2)ピヨ。
出典:令和8年度(2026) 上期 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)理論 問13