電験三種 平成21年度(2009) 理論 問18(b) 過去問解説

問18(b) 《電子回路(簡易等価回路で計算したときの誤差)》
(選択問題:問17または問18のどちらか1問を解く) 図1の回路は,エミッタ接地のトランジスタ増幅器の交流小信号に注目した回路である。次の(a)及び(b)に答えよ。 ただし,$R_L$[Ω]は抵抗,$i_b$[A]は入力信号電流,$i_c = 6 \times 10^{-3}$[A]は出力信号電流,$v_b$[V]は入力信号電圧,$v_c = 6$[V]は出力信号電圧である。 (b) 図1の回路の計算は,図2の簡易小信号等価回路を用いて行うことが多い。この場合,上記(a)の式①,②から求めた $v_b$[V]及び $i_b$[A]の値をそれぞれ真の値としたとき,図2の回路から求めた $v_b$[V]及び $i_b$[A]の誤差 $\Delta v_b$[mV],$\Delta i_b$[μA]の大きさとして,最も近いものを組み合わせたのは次のうちどれか。 ただし,$h$ パラメータの値は表1に示された値とする。
問18(b)の図
  1. (1) $\Delta v_b$:0.78,$\Delta i_b$:54
  2. (2) $\Delta v_b$:0.78,$\Delta i_b$:6.5
  3. (3) $\Delta v_b$:0.57,$\Delta i_b$:6.5
  4. (4) $\Delta v_b$:0.57,$\Delta i_b$:0.39
  5. (5) $\Delta v_b$:0.35,$\Delta i_b$:0.39
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正解は(4)
使う公式
簡易等価回路 $h_{re}$ と $h_{oe}$ を0とみなす $v_b = h_{ie}i_b$、$i_c = h_{fe}i_b$
解説
【考え方】①②で出した「真の値」と、$h_{re}$・$h_{oe}$ を0とした簡易回路の値の差をとります。 ■1 数字を整理する $h_{ie} = 3.5 \times 10^3\,\Omega$、$h_{re} = 1.3 \times 10^{-4}$、$h_{fe} = 140$、$h_{oe} = 9 \times 10^{-6}\,\mathrm{S}$ $i_c = 6 \times 10^{-3}\,\mathrm{A}$、$v_c = 6\,\mathrm{V}$ ■2 真の値(①②) ②を $i_b$ について解きます。 $i_b = \dfrac{i_c - h_{oe}v_c}{h_{fe}}$ $h_{oe}v_c = 9 \times 10^{-6} \times 6 = 0.054 \times 10^{-3}\,\mathrm{A}$ $i_c - h_{oe}v_c = 6 \times 10^{-3} - 0.054 \times 10^{-3}$ $= 5.946 \times 10^{-3}\,\mathrm{A}$ $i_b = \dfrac{5.946 \times 10^{-3}}{140} \fallingdotseq 42.47\,\mathrm{\mu A}$ ①に入れます。 1つ目の項 $h_{ie}i_b = 3.5 \times 10^3 \times 42.47 \times 10^{-6}$ $\fallingdotseq 0.14865\,\mathrm{V}$ 2つ目の項 $h_{re}v_c = 1.3 \times 10^{-4} \times 6 = 0.00078\,\mathrm{V}$ $v_b \fallingdotseq 0.14865 + 0.00078 = 0.14943\,\mathrm{V}$ ■3 簡易等価回路の値 $i_b = \dfrac{6 \times 10^{-3}}{140} \fallingdotseq 42.86\,\mathrm{\mu A}$ $v_b = 3.5 \times 10^3 \times 42.86 \times 10^{-6}$ $\fallingdotseq 0.150\,\mathrm{V}$ ■4 差をとる $\Delta i_b \fallingdotseq 42.86 - 42.47 = 0.39\,\mathrm{\mu A}$ $\Delta v_b \fallingdotseq 0.150 - 0.14943 = 0.00057\,\mathrm{V}$ $0.00057\,\mathrm{V} = 0.57\,\mathrm{mV}$ 答えは(4)ピヨ。
出典:平成21年度(2009) 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18(b)