4E アナログ回路II 授業資料01: 反転増幅回路

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4E アナログ回路II 授業資料01: 反転増幅回路 担当: 大前 交流電圧について  最大値: 実効値: 平均値: オペアンプの構造 特徴(5つ記載) 反転増幅回路: 反転増幅回路における電圧の入出力関係:

4E アナログ回路II 授業資料02: 反転増幅回路(問題) 担当: 大前 反転増幅回路において、R1=1kΩ、Rf=2kΩの抵抗を与えた。このとき、最大値が100mVの交流電圧viは、出力電圧voの最大値はいくつになるか。 反転増幅回路において、R1=10kΩ、Rf=40kΩの抵抗を与えた。また、入力電圧は、 𝑣 𝑖 =0.2sin⁡(50π𝑡) [V] であった。このとき、出力電圧 𝑣 𝑜 の波形を描き、その最大値vm、実効値v、平均値vaを求めよ。

4E アナログ回路II 授業資料03: 反転加算回路 担当: 大前 反転加算回路: 反転加算回路における電圧の入出力関係: 反転加算回路において、抵抗R1、R2、Rfがすべて同じ値のとき、入出力関係はどのように簡略化されるか。

4E アナログ回路II 授業資料04: 反転加算回路(問題) 担当: 大前 反転加算回路において、直流電圧V1=10[V]、V2=5[V]を入力した。R1=R2=Rf=50[Ω]のとき、出力電圧Voはいくらになるか。 反転加算回路において、R1=100[Ω]、R2=200[Ω]、Rf=100[Ω]の抵抗を与えた。また、入力電圧は、 𝑣 1 =0.1sin⁡(50π𝑡) [V]、 𝑣 2 =0.2sin⁡(50π𝑡) [V] であった。このとき、出力電圧 𝑣 𝑜 の式、波形、最大値vm、実効値v、平均値vaを求めよ。

4E アナログ回路II 授業資料05: 非反転増幅回路 担当: 大前 非反転増幅回路: 非反転増幅回路における電圧の入出力関係:

4E アナログ回路II 授業資料06: 非反転増幅回路(問題) 担当: 大前 非反転増幅回路において、R1=10[Ω]、Rf=2k[Ω]の抵抗を与えた場合、電圧は何倍に増幅されるか。 非反転増幅回路において、R1=100[Ω]、Rf=200[Ω]の抵抗を与えた。また、入力電圧は、 𝑣 𝑖 =0.1sin⁡(100π𝑡) [V] であった。このとき、出力電圧 𝑣 𝑜 の式、 𝑣 𝑖 と 𝑣 𝑜 の波形、最大値vm、実効値v、平均値va、電圧増幅度を求めよ。 非反転増幅回路においては、入力電圧を増幅あるいは減衰させることができない。どちらか選択せよ。またこの理由について述べよ。 非反転増幅回路において、入力電圧をX倍させたい。このとき、Rfはいくらに設定すべきか。R1とXにより示せ。

4E アナログ回路II 授業資料07: 減算回路 担当: 大前 減算回路(回路図): 減算回路における電圧の入出力関係: 足りない場合は裏面を使うこと

4E アナログ回路II 授業資料08: 減算回路(問題) 担当: 大前 減算回路において、R1=10Ω、R2=50Ω、R3=50Ω、Rf=10Ωを与えた。また、入力電圧は、 𝑣 1 =0.1sin⁡(50π𝑡) [V]、 𝑣 2 =0.2sin⁡(50π𝑡) [V] であった。このとき、出力電圧 𝑣 𝑜 の式、波形、最大値vm、実効値v、平均値vaを求めよ。 減算回路において、R1とR2が等価、R3とRfが等価であった。このとき、減算回路の入出力関係はどのような式で与えられるか議論せよ。 減算回路において、R1、R2、R3、Rfがすべて等価であった。このとき、減算回路の入出力関係はどのような式で与えられるか議論せよ。

4E アナログ回路II 授業資料09: これまでの復習1 担当: 大前 反転増幅回路(授業資料1,2) 機能: 公式: 反転加算回路(授業資料3,4) 機能: 公式: 非反転増幅回路(授業資料5,6) 機能: 公式: 減算回路(授業資料7,8) 機能: 公式:

4E アナログ回路II 授業資料10: これまでの復習2 担当: 大前 反転増幅回路において、R1=2kΩ、Rf=10kΩの抵抗を与えた。最大値が2Vの交流電圧viを与えたとき、出力電圧voの最大値はいくつになるか。また、このときの電圧増幅度を求めよ。 反転加算回路において、直流電圧V1=5[V]、V2=15[V]を入力した。R1=R2=Rf=50[Ω]のとき、出力電圧Voはいくらになるか。 非反転増幅回路において、R1=10[Ω]、Rf=500[Ω]の抵抗を与えた場合、電圧は何倍に増幅されるか。 減算回路において、R1とR2が等価、R3とRfが等価であった。このとき、減算回路の入出力関係はどのような式で与えられるか示せ。

4E アナログ回路II 授業資料11: これまでの復習3 担当: 大前 𝑣 𝑖 𝑅 1 𝑅 𝑓 𝑣 𝑜 - + 上の回路において、以下の問題に答えよ。 この回路の名称を答えよ。 𝑣 𝑜 を、 𝑣 𝑖 , 𝑅 1 , 𝑅 𝑓 を用いて表せ。 R1=20Ω、Rf=100Ωの抵抗を与えた。最大100Vの交流電圧を入力したとき、出力電圧の最大値はいくらとなるか。 R1=100Ω、Rf=300Ωの抵抗、入力電圧 𝑣 𝑖 =0.1sin⁡(100π𝑡) [V] を与えた。このとき、出力電圧はいくらとなるか。 4.の入力波形、出力波形を重ねて描け。記載は1周期分のみとすること。 4.の出力電圧の最大値、実効値、平均値を求めよ。 4.の増幅器は、入力電圧を減衰・増幅・反転させているかどうか、記載せよ。 4.の電圧増幅度を求めよ。 いま、R1=XΩ、Rf=YΩの抵抗が与えられている。入力電圧を-Z倍したいとき、X, Y, Zはどのような関係となるか。

4E アナログ回路II 授業資料12: これまでの復習4 担当: 大前 𝑅 1 𝑣 1 𝑅 𝑓 𝑣 𝑜 - 𝑣 2 + 𝑅 2 上の回路において、以下の問題に答えよ。 この回路の名称を答えよ。 𝑣 𝑜 を、 𝑣 1 , 𝑣 2 , 𝑅 1 , 𝑅 2 , 𝑅 𝑓 を用いて表せ。 周波数が同一の交流電圧v1とv2の最大値はそれぞれ10V, 20Vである。R1=100Ω、R2=1kΩ、Rf=10Ωのとき、voの最大値はいくらとなるか。 𝑣 1 =0.1sin⁡(100π𝑡) [V], 𝑣 2 =0.3sin⁡(100π𝑡) [V]の入力電圧を与えた。 R1=10Ω、R2=30Ω、Rf=100Ωのとき、出力電圧はどのような式で与えられるか。 4. において、v1, v2, voの波形をそれぞれ描け。重ねなくてよい。1周期分のみとすること。 4.において、出力電圧の最大値、実効値、平均値を求めよ。 𝑣 2 =0 [V]としたとき、2.はどのように簡略化されるか。またこのとき、1.以外の名称で呼ばれるある回路と等価な回路となる。その名称を答えよ。 Aくんは誤って抵抗Rfを設置し忘れてしまった。このとき、この増幅器はどのような動作をすると考えられるか、述べよ。

4E アナログ回路II 授業資料13: これまでの復習5 担当: 大前 𝑣 𝑖 𝑣 𝑜 + - 𝑅 𝑓 𝑅 1 上の回路において、以下の問題に答えよ。 この回路の名称を答えよ。 𝑣 𝑜 を、 𝑣 𝑖 , 𝑅 1 , 𝑅 𝑓 を用いて表せ。 R1=20Ω、Rf=100Ωの抵抗を与えた。最大100Vの交流電圧を入力したとき、出力電圧の最大値はいくらとなるか。 R1=100Ω、Rf=300Ωの抵抗、入力電圧 𝑣 𝑖 =0.1sin⁡(100π𝑡) [V] を与えた。このとき、出力電圧はいくらとなるか。 4.の入力波形、出力波形を重ねて描け。記載は1周期分のみとすること。 4.の出力電圧の最大値、実効値、平均値を求めよ。 4.の電圧増幅度を求めよ。 この回路は入力電圧を減衰させることができるか。できる場合はその条件、できない場合はその理由を述べよ。

4E アナログ回路II 授業資料14: これまでの復習6 担当: 大前 𝑅 1 𝑣 1 𝑅 𝑓 𝑣 𝑜 - 𝑣 2 + 𝑅 2 𝑅 3 上の回路において、以下の問題に答えよ。 この回路の名称を答えよ。 𝑣 𝑜 を、 𝑣 1 , 𝑣 2 , 𝑅 1 , 𝑅 2 , 𝑅 3 , 𝑅 𝑓 を用いて表せ。 周波数が同一の交流電圧v1とv2の最大値はそれぞれ10V, 20Vである。R1=100Ω、R2=200Ω、R3=300Ω、Rf=400Ωのとき、voの最大値はいくらとなるか。 𝑣 1 =0.1sin⁡(100π𝑡) [V], 𝑣 2 =0.5sin⁡(100π𝑡) [V]の入力電圧を与えた。 R1=10Ω、R2=30Ω、R3=60Ω、Rf=100Ωのとき、出力電圧はどのような式で与えられるか。 4. において、v1, v2, voの波形をそれぞれ描け。重ねなくてよい。1周期分のみとすること。 4.において、出力電圧の最大値、実効値、平均値を求めよ。

(1) (2) 4E アナログ回路II 授業資料15: 整流回路 担当: 大前 ダイオードの順方向特性: 近似特性: ダイオードの回路記号: 確認事項(2点): (1) (2) 半波整流回路: のとき のとき 抵抗に流れる電圧 抵抗に流れる電圧 注意: ダイオードに電流が流れる電圧は、0.7Vと記載しているが、実際は0.6~0.7Vの範囲であり、種類によって異なる。そのため、0.7をVoなどと変数化しておくと間違いがない。 問題: 交流電源電圧として、𝑒=3.0 sin 100𝜋𝑡 [V] を与えた。ダイオードに電流が発生する電圧が0.7[V]のとき、抵抗 𝑣 𝑅 に発生する電圧の波形はどのようになるか?( 𝑣 𝑅 を半波整流波形と呼ぶ)

4E アナログ回路II 授業資料16: 定電圧回路 担当: 大前 ダイオードの逆方向特性: ツェナーダイオードの回路記号: 確認事項(1点): 定電圧回路: 問題: 上の回路において、電源電圧V=20V、抵抗R=1kΩであり、ツェナーダイオードの降伏電圧は10Vであった。そして、実際にVZは10Vであった。このとき、以下の問題に答えよ。 ILが3mAであった。ツェナーダイオードに流れる電流IZ、出力電圧Voはいくらとなるか。 ILが6mAであった。ツェナーダイオードに流れる電流IZ、出力電圧Voはいくらとなるか。

4E アナログ回路II 授業資料17: ダイオードによるOR素子 担当: 大前 ダイオードの特性: (1) (2) 論理回路によるOR素子: ダイオードによるOR素子: VA[V] VB[V] Vo[V] A B Z VA, VB=0[V]のとき VA=5[V], VB=0[V]のとき VA=5[V], VB=5[V]のとき ダイオードを利用し、以下の論理回路を構成せよ。 論理回路 電子回路

4E アナログ回路II 授業資料18: ダイオードによるAND素子 担当: 大前 論理回路によるAND素子: ダイオードによるAND素子: VA[V] VB[V] Vo[V] A B Z VA, VB=0[V]のとき VA=5[V], VB=0[V]のとき VA=5[V], VB=5[V]のとき ダイオードを利用し、以下の論理回路を構成せよ。(ORのみ) 論理回路 電子回路 ダイオードを利用し、以下の論理回路を構成せよ。(AND/OR) 論理回路 電子回路 ダイオードを利用したAND/ORについて、抵抗Rが存在する理由を説明せよ。

4E アナログ回路II 授業資料19: 発光ダイオード(解説) 担当: 大前 発光ダイオード: 回路記号: (1)基本回路 (2)直列回路 (3)並列回路 備考:

4E アナログ回路II 授業資料20: 発光ダイオード(問題) 担当: 大前 赤色LEDの点灯に要する電圧降下は1.8V、青色LEDは2.5V、緑色LEDは2.2Vであるものとする。 また、各LEDの最大定格電流は30mAである。このとき、以下の問題に答えよ。 I 左の回路において、緑色、赤色、青色LEDを用いた場合に流れる電流Iをそれぞれ求めよ。 E=5V R=100Ω 左の回路において、I1=20mA, I2=5mAとするためには、R1とR2にいくらの抵抗を与えれば良いか述べよ。 青 I1 赤 I2 E=5V R1 R2 左の回路において、I1=10mA, I2=5mAとするためには、R1とR2にいくらの抵抗を与えれば良いか述べよ。 I2 青 I1 赤 緑 E=5V R1 R2 左の回路において、電源電圧の不足により点灯しないと考えられるLEDに○を記載せよ。すべて点灯する場合は「なし」とすること。 I1 D1 I2 D3 D2 D4 D1 D2 D3 D4 点灯しないLED 青 赤 緑 D1 D2 D3 D4 なし E=4.5V R1 R2 上の回路において、D1赤、D2赤、D3緑、D4緑、R1=10Ω、R2=50Ωをセットした。 (1)I1とI2を求めよ。 (2)破損の可能性があるLEDを特定せよ。理由も書くこと。

4E アナログ回路II 授業資料21: ダイオードの構造 担当: 大前 シリコン原子の構造: 半導体の構造: p型半導体: n型半導体:

4E アナログ回路II 授業資料22: ダイオードに関する確認事項 担当: 大前 以下の図記号に対し、プラス、マイナス、アノード、カソードを記せ。 ダイオードを構成するシリコンは、最外殻にいくつの電子を有するか(何価原子か?): 大量のシリコンの中にわずかに3価原子を混ぜ、ホールを意図的に作ることで、電流が発生することを利用したダイオードをなんと呼ぶか。 上のダイオードにおいて、3価原子のことを何と呼ぶか。 大量のシリコンの中にわずかに5価原子を混ぜ、自由電子を意図的に作ることで、電流が発生することを利用したダイオードをなんと呼ぶか。 上のダイオードにおいて、5価原子のことを何と呼ぶか。 インジウムとヒ素はそれぞれ何価原子か。 アノードからカソードへかけた電圧を何と呼ぶか。 上の電圧は、およそいくらのとき電流が発生するか。また、このときの電圧値を何と呼ぶか。 カソードからアノードへかけた電圧を何と呼ぶか。 整流回路は、順方向・逆方向電圧、いずれを利用した回路か。 定電圧回路は、順方向・逆方向電圧、いずれを利用した回路か。 逆方向特性を積極的に利用したダイオードを何と呼ぶか。

4E アナログ回路II 演習問題: 整流回路と定電圧回路 担当: 大前 以下の回路において、交流電源電e、ダイオードの立ち上がり電圧VD、抵抗Rにかかる電圧vRとする。このとき、vRははどのような式で表されるか、記載せよ。 VD vR e R 以下の回路に交流電源電圧として𝑒=1.0 sin 50𝜋𝑡 [V]、抵抗R=100[Ω]を与えた。ダイオードの立ち上がり電圧が0.7[V]のとき、抵抗Rにかかる電圧 𝑣 𝑅 、電源電圧𝑒の波形を書き、回路に流れる電流の最大値を求めよ。 vR, e 電流の最大値: e R t 上の回路の名称を述べよ。 以下の回路において、電源電圧E=15V、抵抗R=500Ωであり、ツェナーダイオードの降伏電圧Vz=10Vであり、ILが6mAであった。ツェナーダイオードに流れる電流IZ、出力電圧Vo、抵抗にかかる電圧VRはいくらとなるか。 I R VR IL E IZ Vo 上の回路の名称を述べ、この回路が有する利点を述べよ。

4E アナログ回路II トランジスタによるNOT, NOR, NAND素子 担当: 大前 復習:トランジスタについて NOT, AND, OR素子: NOT素子(論理回路) NOT素子(電子回路) VA=Lowのとき VA=Highのとき A Z 1 VA[V] Vo[V] L H (復習)ダイオードによるAND素子: (復習)ダイオードによるOR素子: VA[V] VB[V] Vo[V] L H VA[V] VB[V] Vo[V] L H NAND、NOR素子: NAND素子(論理回路): NOR素子(論理回路): A B Z 1 A B Z 1 トランジスタ・ダイオードによるNAND素子: トランジスタ・ダイオードによるNOR素子:

4E アナログ回路II 演習問題: 電子素子による論理素子の構成 担当: 大前 以下の論理素子を、電子素子により構成せよ。入力をVA, VB, 電源をVF, 出力をVOとする。 (1)AND (2)OR (3)NOT (4) (5) (6) (7)                    

4E アナログ回路II 演習問題: 発光ダイオード 担当: 大前 赤色LEDの点灯に要する電圧降下は1.8V、青色LEDは2.5V、緑色LEDは2.2Vであるものとする。 I 左の回路において、緑色、赤色、青色LEDを用いた場合に流れる電流Iをそれぞれ求めよ。 E=6V R=300Ω 左の回路において、I1=15mA, I2=10mAとするためには、R1とR2にいくらの抵抗を与えれば良いか述べよ。 青 I1 赤 I2 E=4V R1 R2 左の回路において、I1=5mA, I2=10mAとするためには、R1とR2にいくらの抵抗を与えれば良いか述べよ。 I2 青 I1 赤 緑 E=7V R1 R2 I1 D1 I2 D3 上の回路において、D1青、D2赤、D3青、D4青、R1=10Ω、R2=50Ωをセットした。このとき、以下の問題に答えよ。 (1)I1を求めよ。 (2)I2を求めよ。 D2 D4 E=4.5V R1 R2

4E アナログ回路II 演習問題: 電子素子による論理素子の構成 担当: 大前 AND素子(論理回路) AND素子(電子回路) A B Z 1 VA[V] VB[V] Vo[V] L H OR素子(論理回路) OR素子(電子回路) A B Z 1 VA[V] VB[V] Vo[V] L H NOT素子(論理回路) NOT素子(電子回路) A Z 1 VA[V] Vo[V] L H NAND素子(論理回路) NAND素子(電子回路) A B Z 1 VA[V] VB[V] Vo[V] L H NOR素子(論理回路) NOR素子(電子回路) A B Z 1 VA[V] VB[V] Vo[V] L H