電子回路7【電験3種 理論】アナログ変調・復調とトランジスタ振幅変調回路の変調率を求める！令和6年度上期 B問題18 完全解説

今回は令和6年度上期 理論科目 B問題18を解説します。(a)無線通信のアナログ変調・復調の用語を穴埋めし、(b)トランジスタ振幅変調回路の波形を識別して変調率を求める問題です。

搬送波は信号波より高い周波数の正弦波で、復調（検波）で元の信号波を取り出します。(b)は搬送波・信号波・変調波の波形を見分け、変調波の包絡線から変調率m=(V_max-V_min)/(V_max+V_min)を計算します。

出題のポイント

令和6年度上期 理論科目 B問題18：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 理論科目 【電子理論（電子回路）】 令和6年度上期 B問題18

　無線通信で行われるアナログ変調・復調について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。

（a）無線通信で音声や画像などの情報を送る場合、送信側では情報を電気信号（信号波）に変換する。次に信号波より(ア)周波数の搬送波に信号波を含ませて得られる信号を送信する。受信側では、搬送波と信号波の二つの成分を含むこの信号から(イ)の成分だけを取り出すことで情報を得る。搬送波に信号波を含ませる操作を変調といい、(ウ)の搬送波を用いる基本的な変調方式に振幅変調(AM)・周波数変調(FM)・位相変調(PM)がある。変調して得た信号から元の信号波を取り出す操作を復調又は(エ)という。空白(ア)〜(エ)の組合せとして正しいものを次の(1)〜(5)から一つ選べ。

	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)
(1)	高い	信号波	三角波	検波
(2)	高い	信号波	正弦波	検波
(3)	高い	搬送波	三角波	増幅
(4)	低い	信号波	三角波	増幅
(5)	低い	搬送波	正弦波	検波

（b）図1は、トランジスタの(ア)に信号波の電圧を加えて振幅変調を行う回路の原理図である。電圧v₁、v₂、v₃の波形を同時に計測したところ図2のいずれかであった。このとき、v₁の波形は(イ)、v₂の波形は(ウ)、v₃の波形は(エ)である。図2のグラフより振幅変調の変調率を計算すると約(オ)%となる。空白(ア)〜(オ)の組合せとして正しいものを次の(1)〜(5)から一つ選べ。ただし、図2のそれぞれの電圧波形間の位相関係は無視する。

	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)	(オ)
(1)	コレクタ	図2(c)	図2(a)	図2(b)	33
(2)	コレクタ	図2(c)	図2(b)	図2(a)	67
(3)	ベース	図2(b)	図2(a)	図2(c)	50
(4)	エミッタ	図2(b)	図2(c)	図2(a)	67
(5)	ベース	図2(c)	図2(a)	図2(b)	33

ポイント解説：(a)搬送波＝高い正弦波・復調＝検波、(b)ベース入力・変調率33%

（a）搬送波は信号波より高い周波数（(ア)）にする（アンテナで効率よく送るため）。受信側では信号波（(イ)）の成分だけを取り出す。基本的な変調方式（AM・FM・PM）は正弦波（(ウ)）の搬送波を用いる。元の信号波を取り出す復調は検波（(エ)）ともいう。よって(a)は(2)。

（b）図1のトランジスタではベース（(ア)）に信号波を加えて振幅変調する。図2で、v₁（搬送波）は高周波の正弦波＝図2(c)（(イ)）、v₂（信号波）は低周波の正弦波＝図2(a)（(ウ)）、v₃（変調波）は包絡線をもつ振幅変調波＝図2(b)（(エ)）。変調率はm=(V_max-V_min)/(V_max+V_min)。図2(b)より包絡線の大きい振幅8V・小さい振幅4V（山谷）から、m=(8-4)/(8+4)=4/12≒0.33＝33%（(オ)）。よって(b)は(5)。

問題の解説

STEP1　(a) 変調・復調の用語

搬送波は高い正弦波、取り出すのは信号波、復調＝検波。→(2)。

STEP2　(b) 波形の識別

v1搬送波＝高周波正弦(c)、v2信号波＝低周波正弦(a)、v3変調波＝包絡線あり(b)。ベースに信号波入力。

STEP3　(b) 変調率

m=(V_max-V_min)/(V_max+V_min)=(8-4)/(8+4)≒0.33＝33%。→(5)。

答え：(a)-(2)，(b)-(5)

まとめ

(a)	高い・信号波・正弦波・検波→(2)
(b)ア	ベースに信号波
(b)イ〜エ	v1=c(搬送)・v2=a(信号)・v3=b(変調)
(b)オ	m=(8-4)/(8+4)≒33%→(5)
答え	(a)(2)・(b)(5)

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