電気学

質問

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電気回路の仕組みをエネルギーのやり取りとしてみると分かりやすい。静電場内にある単位電荷が持つ電気的な位置エネルギーを(1 電位 口磁気・質量)と 呼ぶ。その差により生じる電荷の流 れを電流と呼ぶ。受動素子に正弦波状の交流電圧を入力すると(2 応答特性・変動特性・過渡応 答)を 見ることができる。電流を流すと抵抗素子ではジュール熱や光としてエネルギー(電 力)が 消 費されて電圧が降下する。電圧値、電流値、抵抗値の関係はオームの法則に従う。一方、コイル やコンデンサは電流の(3位相値口電圧値・電流値)を ずらす性質を持つ。コイルは(4右ネジロレ ンツ・ファラデー)の 法則に従い、電流が流れると磁場が生じる。磁場を作ることでエネルギーが放 出されるが、電流の向きが変わると磁界の向きが逆転してエネルギーを得る方向に働く。その結 果、正味のエネルギー消費量はゼロとなる。コンデンサでも充電と放電を繰り返すことにより、や はり正味のエネルギー消費量はゼロとなる。従つて、仕事をするのは(5 抵抗ロコンデンサ・コイ ル)の 役目ということになり、その消費エネルギーを(6 無効・有効口皮相)電 力と呼ぶ。受動素子 はいずれも加えられる電圧に応じて電流量を変化させる働きを持つが、エネルギー消費の観点か らは随分と違うところがあつておもしろい。
電流を流れにくくする性質をインピーダンスと呼び、複素数で表す。受動素子を組み合わせた回 路はキルヒホッフの法則に従うので、位相の変化と合わせて、電圧の分圧や電流の分流の計算 を取り扱うことができる。入力電圧の周波数をω、コンデンサの (7 静電容量 口蓄電容量・熱容量) をC[F]と すると、コンデンサのインピーダンスは(3Gω C)・ (1ん ωC))と 表されるので、コンデンサを 流れる電流の位相はコンデンサに生じる電圧の位相と較べてπ/2(9 進む口遅れる・変わらない)。 そのため、フィルターの出力電圧は入力電圧の周波数によって変化する。例えば、コンデンサと 抵抗を直列につないで、コンデンサの両端に生じる電位差を出力電圧(Vo)と すると、(10 高域・中 域・低域)通過フィルタをつくることができる。交流電圧(Vi)を入力すると、電圧比(Vo/Vi)を(1 電 圧利得、電流利得、電力利得)と 呼び、デシベル[dB]で 表示する。利得と周波数との関係を表す図 を(12ゲーテ線図ロボーデ線図・ナイキスト線図)と 呼ぶ。抵抗での電圧降下とコンデンサでの電圧 降下がちょうど等しい場合の周波数を(13 高域・中域口低域)遮断周波数と呼び、卜1/(2π CR)と表 される。このとき入力電圧に対して出力電圧の電圧比は(14 3・ -3・ 1)[dB]で、位相がπ /4[rad](15 進む・遅れる・変わらない)。
抵抗、コイル、コンデンサを直列につないだ回路にキルヒホッフの(10 第一法則・第二法則)を 適 用すると電流と電源の関係を計算できる。交流の周波数が共振周波数の時、ちょうどコイルとコン デンサで生じる電位の位相が逆になつて互いに打ち消すので、結合抵抗が抵抗のインピーダンス と等しくなり、電流値は(1 最少口最大)と なる。この回路を直列共振回路とよび、ラジオやテレビで 特定の周波数帯域の信号を取り出すのに利用される。受動フィルタは入力電圧をエネルギー源とするので、電圧利得の最大値は(10O・ 1・ 10)[dB]であり、電位が減少することはあつても、増大 することはない。しかし、増幅回路は電源のエネルギーを利用するので、入力よりも大きな電圧を 出力することができる。この場合も電圧比(Vo/Vi)を電圧利得と呼び、最大値から(10 l・ 2・ 3・ 1 0)[dB]減 少した時の周波数を遮断周波数と呼んで増幅回路の周波数特性を表すのに利用して いる。増幅回路の電圧利得が10[db]、 電流利得が10[db]の場合には、電力利得は(1010・ 15・20) [db]で ある。

回答No.1

sirasak

増幅器のほかにこの質問もされていたのですね。
分かる人が何人いるでしょうか？教科書を良く見て欲しいと思いますが、
私の思う回答は間違いがありますが参考になるかも？

　電気回路の仕組みをエネルギーのやり取りとしてみると分かりやすい。
静電場内にある単位電荷が持つ電気的な位置エネルギーを( 電位)と 呼ぶ。
その差により生じる電荷の流 れを電流と呼ぶ。
受動素子に正弦波状の交流電圧を入力すると(過渡応 答)を 見ることができる。
電流を流すと抵抗素子ではジュール熱や光としてエネルギー(電 力)が 消 費されて電圧が降下する。
電圧値、電流値、抵抗値の関係はオームの法則に従う。
一方、コイル やコンデンサは電流の(位相値)を ずらす性質を持つ。
コイルは(ファラデー)の 法則に従い、電流が流れると磁場が生じる。
磁場を作ることでエネルギーが放 出されるが、電流の向きが変わると磁界の向きが逆転してエネルギーを得る方向に働く。
その結 果、正味のエネルギー消費量はゼロとなる。
コンデンサでも充電と放電を繰り返すことにより、や はり正味のエネルギー消費量はゼロとなる。
従つて、仕事をするのは( 抵抗)の 役目ということになり、その消費エネルギーを(有効）電 力と呼ぶ。
受動素子 はいずれも加えられる電圧に応じて電流量を変化させる働きを持つが、エネルギー消費の観点か らは随分と違うところがあつておもしろい。

　電流を流れにくくする性質をインピーダンスと呼び、複素数で表す。
受動素子を組み合わせた回 路はキルヒホッフの法則に従うので、位相の変化と合わせて、電圧の分圧や電流の分流の計算 を取り扱うことができる。入力電圧の周波数をω、コンデンサの ( 静電容量 ) をC[F]と すると、コンデンサのインピーダンスは(1/（ωC）)と 表されるので、コンデンサを 流れる電流の位相はコンデンサに生じる電圧の位相と較べてπ/2( 進む)。
そのため、フィルターの出力電圧は入力電圧の周波数によって変化する。
例えば、コンデンサと 抵抗を直列につないで、コンデンサの両端に生じる電位差を出力電圧(Vo)と すると、(低域)通過フィルタをつくることができる。
交流電圧(Vi)を入力すると、電圧比(Vo/Vi)を( 電 圧利得)と 呼び、デシベル[dB]で 表示する。
利得と周波数との関係を表す図 を(12ゲーテ線図ロボーデ線図・ナイキスト線図)と 呼ぶ。
抵抗での電圧降下とコンデンサでの電圧 降下がちょうど等しい場合の周波数を( 高域)遮断周波数と呼び、1/(2π CR)と表 される。
このとき入力電圧に対して出力電圧の電圧比は( -3)[dB]で、位相がπ /4[rad](遅れる)。

　抵抗、コイル、コンデンサを直列につないだ回路にキルヒホッフの(10 第一法則・第二法則)を 適 用すると電流と電源の関係を計算できる。
交流の周波数が共振周波数の時、ちょうどコイルとコン デンサで生じる電位の位相が逆になつて互いに打ち消すので、結合抵抗が抵抗のインピーダンス と等しくなり、電流値は(最大)と なる。
この回路を直列共振回路とよび、ラジオやテレビで 特定の周波数帯域の信号を取り出すのに利用される。
受動フィルタは入力電圧をエネルギー源とするので、電圧利得の最大値は( 1)[dB]であり、電位が減少することはあつても、増大 することはない。
しかし、増幅回路は電源のエネルギーを利用するので、入力よりも大きな電圧を 出力することができる。
この場合も電圧比(Vo/Vi)を電圧利得と呼び、最大値から( 3)[dB]減 少した時の周波数を遮断周波数と呼んで増幅回路の周波数特性を表すのに利用して いる。
増幅回路の電圧利得が10[db]、 電流利得が10[db]の場合には、電力利得は(10) [db]で ある。

　答えられない問題も多くて自信がなくて間違いが多いので参考までにして下さい。

お礼

ありがとうございます。
とても参考になりました