電子回路29【電験3種 理論】NOT ICの非安定マルチバイブレータ（動作とコンデンサ電圧波形）を攻略する！平成25年度 B問題18 完全解説

今回は平成25年度 理論科目 B問題18（選択問題）を解説します。NOT IC・コンデンサC・抵抗を用いた非安定マルチバイブレータについて、(a)回路に関する三つの記述の正誤、(b)コンデンサ端子電圧V_Cの時間変化の波形を選ぶ問題です。

非安定マルチバイブレータはNOT ICで構成される発振回路で、動作には電源が必要です。発振周波数はf∝1/(R₁C)。コンデンサはNOT出力の反転ごとに充放電を繰り返し、V_Cは指数関数的に正負へ振れるのがポイントです。

出題のポイント

平成25年度 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）】 平成25年度 B問題18

　図は、NOT IC、コンデンサC及び抵抗を用いた非安定マルチバイブレータの原理図である。次の(a)及び(b)の問に答えよ。

(a) この回路に関する三つの記述(ア)〜(ウ)について、正誤の組合せとして正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
（ア）この回路は電源を必要としない。
（イ）抵抗R₁[Ω]の値を大きくすると、発振周波数は高くなる。
（ウ）抵抗器R₂は、NOT₁に流れる入力電流を制限するための素子である。

	(ア)	(イ)	(ウ)
(1)	正	正	正
(2)	正	正	誤
(3)	正	誤	誤
(4)	誤	正	誤
(5)	誤	誤	正

(b) コンデンサCの端子間電圧V_C[V]の時間tの経過による変化の特徴を最もよく示している波形として、正しいものを上の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、いずれの図も1周期分のみを示している。

ポイント解説：(a)電源必要・R1大で周波数低下・R2は保護抵抗、(b)Vcは指数関数で正負に振れる

(a) （ア）NOT IC（論理IC）は動作に電源が必要なので「電源を必要としない」は誤。（イ）発振周波数はf∝1/(R₁C)で、R₁を大きくすると周波数は低くなるため「高くなる」は誤。（ウ）抵抗器R₂はNOT₁の入力に流れ込む電流を制限（保護）する素子で正。よって(ア)誤・(イ)誤・(ウ)正で(a)は(5)。

(b) 非安定マルチバイブレータでは、NOT₁の出力が反転するたびにコンデンサCの充放電の向きが切り替わる。V_Cは指数関数的に上昇・下降を繰り返し、しきい値をまたいで正から負・負から正へと振れる。1周期分では、正の値から指数関数的に下降して0を横切り負の最小値まで下がり、再び指数関数的に上昇して0を横切り正へ戻る波形になる。これを最もよく表すのは(2)。

問題の解説

STEP1　(a)(ア)の正誤

NOT ICは電源が必要→「電源不要」は誤。

STEP2　(a)(イ)(ウ)の正誤

f∝1/(R1C)でR1大→周波数低下（イ誤）。R2はNOT入力電流を制限する保護抵抗（ウ正）。(ア)誤・(イ)誤・(ウ)正→(a)=(5)。

STEP3　(b)Vcの波形

出力反転ごとに充放電が切り替わり、Vcは指数関数的に正負へ振れる→(2)。

答え：(a)-(5)，(b)-(2)

まとめ

(ア)	電源が必要→誤
(イ)	f∝1/(R1C)、R1大で周波数低下→誤
(ウ)	R2はNOT入力電流の制限→正
(a)	誤・誤・正→(5)
(b)	Vcは指数関数で正負に振れる→(2)

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