電子回路40【電験3種理論】変成器結合電力増幅回路の動作点（A級/B級/C級）と最大出力電力・巻数比を求める！平成19年度 B問題18 完全解説

2026年7月15日2026年8月9日

電験3種理論科目電子理論（電子回路）平成19年度 B問題18 A級増幅の最大出力！トランスの巻数比はいくつ？

今回は平成19年度理論科目 B問題18を解説します。トランジスタを用いた変成器結合電力増幅回路について、(a)動作点①②③（C級・B級・A級）の性質、(b)最大出力電力と変成器の巻数比を求める問題です。

動作点によりA級（ひずみ最小・効率低）、B級（プッシュプル用）、C級（効率最高・ひずみ最大）と特徴が異なります。最大出力電力はP=（V_CE振幅×I_C振幅）/2、巻数比は1次側から見た負荷抵抗R_L′=V_CE振幅/I_C振幅を使いn=√(R_L′/R_S)で求めます。

平成19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種理論科目電子回路平成19年度 B問題18 問題文 — 平成19年度理論科目 B問題18 問題文

出典：一般財団法人電気技術者試験センター「平成19年度第三種電気主任技術者試験」理論科目 B問題18

電験3種理論科目【電子理論（電子回路）】平成19年度 B問題18

　トランジスタを用いた変成器結合電力増幅回路について、次の(a)及び(b)に答えよ。図1は回路、図2はV_BE-I_B特性上の動作点①②③、図3はV_CE-I_Cの波形を示す。

(a) 図2のV_BE-I_B特性上に3つの動作点①②③があり、①はC級、②はB級、③はA級増幅の動作点である。次の記述のうち誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）出力波形のひずみが最も大きいのは①である。
（2）プッシュプル電力増幅回路に使われるのは②である。
（3）電源効率が最も良いのは②である。
（4）①での動作は③より発熱が少ない。
（5）出力波形のひずみが最も小さいのは③である。

(b) 図3から、コレクタ-エミッタ間電圧V_CEの振幅は6V、コレクタ電流I_Cの振幅は7.5mAと読み取れる。負荷抵抗R_S=8Ω、電源電圧V_CC=6Vのとき、最大出力電力P_om[mW]と変成器の巻数比nの組合せとして最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

P_om[mW] n
(1) 23 10
(2) 23 16
(3) 30 10
(4) 30 16
(5) 45 16

	P_om[mW]	n
(1)	23	10
(2)	23	16
(3)	30	10
(4)	30	16
(5)	45	16

解説(a)：5つの記述を増幅級の性格で判定する

動作点	増幅級	電流が流れる期間	理論最大効率	ひずみ
①	C級	半周期未満	80 %以上	最大
②	B級	半周期（180°）	78.5 %	中
③	A級	全周期（360°）	50 %	最小

(1) ひずみが最も大きいのは① → 正しい

C級は信号のごく一部の期間しか電流を流しません。出力波形は元の正弦波とはまるで違う形——ひずみは3つの中で最大です。

(2) プッシュプル電力増幅回路に使われるのは② → 正しい

B級は半周期しか増幅できません。そこで2個のトランジスタで上半分と下半分を分担——これがプッシュプル回路です。

(3) 電源効率が最も良いのは② → ★誤り

効率が最も良いのは①のC級です。電流を流す期間が短いほど無駄な損失が減る——C級80 %以上＞B級78.5 %＞A級50 %の順です。

(4) ①での動作は③より発熱が少ない → 正しい

効率が高い＝損失（熱）が小さいということです。C級（①）はA級（③）よりずっと効率が良いので、発熱も少なくなります。

(5) ひずみが最も小さいのは③ → 正しい

A級は全周期にわたって活性領域で動作します。波形をそのまま拡大するだけなのでひずみが最小——その代わり無信号時も電流が流れ続けて効率が悪いのです。

答え(a) 誤っているのは(3)——効率が最も良いのは①（C級）

解説①：A級・B級・C級の違い

GPT Image 2で作成したA級B級C級の導通角と効率の比較図 — ①C級、②B級、③A級の導通角・効率・ひずみを比較します。

動作点①はC級、②はB級、③はA級です。効率とひずみはC級、B級、A級の順に大きく、効率が最も良いのは①のC級なので、(a)の誤りは(3)です。(b)は振幅から最大出力電力を求め、変成器の抵抗変換が巻数比の二乗になることを使います。

解説②：最大出力電力を求める

GPT Image 2で作成した最大出力電力23ミリワットの導出図 — 電圧と電流の振幅を実効値へ換算し、最大出力電力を求めます。

$$P_{om}=\frac{V_mI_m}{2}=\frac{6\times7.5\times10^{-3}}{2}=22.5\ \mathrm{mW}$$

❶ 最大出力電力
振幅どうしの積÷2

$$R_L’=\frac{V_m}{I_m}=\frac{6}{7.5\times10^{-3}}=800\ \Omega$$

❷ 一次側から見た負荷
オームの法則

$$n=\sqrt{\frac{R_L’}{R_S}}=\sqrt{\frac{800}{8}}=\sqrt{100}=10$$

❸ 巻数比
二乗の関係だから平方根

答え(b) $P_{om}\fallingdotseq23\ \mathrm{mW}$、$n=10$　→　選択肢(1)

$V_mI_m/2$ は「振幅の積の半分」です。実効値で書けば $V_mI_m/2=(V_m/\sqrt2)(I_m/\sqrt2)$——実効値どうしの積と同じになります。

解説③：変成器の巻数比を求める

GPT Image 2で作成した変成器のインピーダンス変換と巻数比10の導出図 — 一次側から見た負荷800オームと二次側8オームから巻数比10を求めます。

選択肢	$P_{om}$	$n$	どう間違えると出るか
(1)	23 mW	10	◎ 正解
(2)	23 mW	16	$P_{om}$ は合っているが $n$ の求め方を誤った
(3)	30 mW	10	$P_{om}$ で「÷2」を忘れかけた形
(4)	30 mW	16	両方とも誤り
(5)	45 mW	16	$P_{om}=V_mI_m$（÷2 を忘れた）

(5)の45 mWは $6\times7.5=45$——「÷2」を忘れた値がそのまま選択肢に置いてあります。正弦波の平均電力は振幅の積の半分、と反射的に出るようにしておいてください。

⚠️ よくある間違い
巻数比で平方根を取り忘れると $800/8=100$ となり、桁が違ってきます。変成器は「抵抗を巻数比の二乗倍」に変換する——抵抗の比が100倍なら巻数比は10倍、と二乗の関係を必ず思い出してください。

深掘り①：変成器がインピーダンスを変換する仕組み

$$\frac{V_1}{V_2}=n,\qquad \frac{I_1}{I_2}=\frac{1}{n}$$

❶ 変成器の基本
電圧は $n$ 倍、電流は $1/n$ 倍

$$R_1=\frac{V_1}{I_1}=\frac{nV_2}{I_2/n}=n^2\frac{V_2}{I_2}$$

❷ 一次側から見た抵抗

$$R_1=n^2R_2$$

❸ 二乗の関係
これがインピーダンス変換

電圧が $n$ 倍で電流が $1/n$ 倍なら、その比（抵抗）は $n^2$ 倍——非常にシンプルな理屈です。

本問では 8 Ω のスピーカを、トランジスタから見て 800 Ω に見せています。巻数比10なら $10^2=100$ 倍——$8\times100=800\ \Omega$ です。

深掘り②：なぜインピーダンス整合が必要なのか

電源（増幅器）から負荷へ最大の電力を送るには、負荷抵抗を電源の内部抵抗に等しくする必要があります——最大電力供給の定理です。

スピーカは 8 Ω と低く、トランジスタ増幅回路の出力抵抗は数百Ω。そのままつなぐと大きくミスマッチして、電力がほとんど渡りません。

そこで変成器を挟んで 8 Ω を 800 Ω に「見せかける」——これで整合が取れ、最大の電力をスピーカに送れます。

近年はトランスを使わないOTL（出力トランスレス）回路が主流ですが、インピーダンス整合という考え方自体は今も重要です。

💡 覚え方
変成器＝抵抗を $n^2$ 倍に見せる装置。「電圧 $n$ 倍・電流 $1/n$ 倍 → 抵抗 $n^2$ 倍」と3点セットで覚えれば、巻数比を求めるときに平方根を忘れません。

深掘り③：増幅級と効率の関係を数字で

級	動作点	電流が流れる期間	理論最大効率	実際の効率	用途
A級	負荷線の中央	360°	50 %	20〜30 %	小信号・高音質
AB級	遮断点のやや上	180°より少し長い	50〜78 %	50〜60 %	オーディオ出力段
B級	遮断点	180°	78.5 %	60〜70 %	プッシュプル
C級	遮断点より深い	180°未満	80 %以上	70〜85 %	高周波電力増幅

効率とひずみは完全なトレードオフです。電流を流す期間が短いほど効率は上がり、波形は崩れる——この一直線の関係が表の背骨になっています。

B級の弱点は、0 V付近で両方のトランジスタが休む「クロスオーバひずみ」。そこでわずかにバイアスをかけて常時少し流すのがAB級——オーディオアンプの主流です。

⏱️ 本番での進め方
❶ 効率は C ＞ B ＞ A、ひずみは C ＞ B ＞ A——順位は同じ向き。
❷ 「発熱が少ない」＝「効率が良い」と読み替える。
❸ $P_{om}=V_mI_m/2$——「÷2」を忘れると(5)に落ちる。
❹ $n=\sqrt{R_L’/R_S}$——平方根を忘れない。

出題履歴：電力増幅と変成器結合は繰り返し出題

増幅級の効率とひずみの順位は、平成27年度A問題13など語句問題としても頻出です。変成器のインピーダンス変換 $R_1=n^2R_2$ は機械科目の変圧器とも共通——覚える価値の高い1本です。

この分野はほぼ毎年どこかで出題されます。手を動かして解ける状態にしておけば、本番で確実に得点できます。

まとめ

動作点	①C級・②B級・③A級
(a)誤り	効率最高はC級①（②ではない）→(3)
Pom	6×7.5m/2=22.5mW≒23mW
RL′	6/7.5m=800Ω
(b)巻数比	n=√(800/8)=10→(1)

▼あわせて解きたい関連問題
・演算増幅器の特徴の誤り（電子回路39）：【理論】平成19年度 A問題12