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

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。

出題のポイント

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。

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

ポイント解説：(a)効率最高はC級①、(b)Pom=VCE振幅×IC振幅/2・n=√(RL′/RS)

(a) 動作点①はC級、②はB級、③はA級。電源効率が最も良いのは導通角が最も小さいC級（①）で、B級（②）ではない。よって「電源効率が最も良いのは②」とする(3)は誤り。他は正しい：(1)C級①はひずみ最大、(2)B級②はプッシュプルに使う、(4)C級①はA級③より効率が良く発熱が少ない、(5)A級③はひずみ最小。よって(a)は(3)。

(b) 最大出力電力は P_om＝(V_CE振幅/√2)×(I_C振幅/√2)＝(V_CE振幅×I_C振幅)/2＝(6×7.5×10⁻³)/2＝22.5mW≒23mW。1次側（トランジスタ側）から見た負荷抵抗は R_L′＝V_CE振幅/I_C振幅＝6/(7.5×10⁻³)＝800Ω。変成器の巻数比は n＝√(R_L′/R_S)＝√(800/8)＝√100＝10。よって(b)は(1)。

問題の解説

STEP1　(a)動作点の性質

①C級（効率最高・ひずみ最大）、②B級（プッシュプル）、③A級（ひずみ最小）。効率最高はC級①なので「②」とする(3)は誤り→(3)。

STEP2　(b)最大出力電力

Pom=VCE振幅×IC振幅/2=6×7.5m/2=22.5mW≒23mW。

STEP3　(b)巻数比

RL′=VCE振幅/IC振幅=6/7.5m=800Ω。n=√(RL′/RS)=√(800/8)=√100=10→(1)。

答え：(a)-(3)，(b)-(1)

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)

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