電子回路19【電験3種 理論】負帰還増幅回路の性質（利得・帯域・ひずみ）を理解する！令和元年度 A問題13 完全解説

今回は令和元年度 理論科目 A問題13を解説します。電圧増幅度A_vの増幅回路と帰還率β（0<β≦1）の帰還回路からなる負帰還増幅回路について、正しい記述を選ぶ問題です。

負帰還は出力の一部を逆位相で入力に戻す方式。全体の電圧増幅度は A_v/(1+A_vβ) となり、利得は下がりますが、帯域が広がり、ひずみ・雑音が減り、利得が安定するという利点があります。

出題のポイント

令和元年度 理論科目 A問題13：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）】 令和元年度 A問題13

　図のように電圧増幅度A_v（>0）の増幅回路と帰還率β（0<β≦1）の帰還回路からなる負帰還増幅回路がある。この負帰還増幅回路に関する記述として、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、帰還率βは周波数によらず一定であるものとする。

（1）負帰還増幅回路の帯域幅は、負帰還をかけない増幅回路の帯域幅よりも狭くなる。
（2）電源電圧の変動に対して負帰還増幅回路の利得は、負帰還をかけない増幅回路よりも不安定である。
（3）負帰還をかけることによって、増幅回路の内部で発生するひずみや雑音が増加する。
（4）A_vとβの積が1より十分小さいとき、負帰還増幅回路全体の電圧増幅度は帰還率βの逆数で近似できる。
（5）負帰還増幅回路全体の利得は、負帰還をかけない増幅回路の利得よりも低下する。

ポイント解説：全体増幅度=Av/(1+Avβ)、利得は下がるが特性は改善

負帰還増幅回路全体の電圧増幅度は A_f＝A_v/(1+A_vβ)。分母が1より大きいので、全体の利得は元のA_vより低下する。よって(5)が正しい。

他は負帰還の利点を逆に述べた誤り：(1)帯域幅は広がる（利得帯域幅積が一定で利得が下がるため）。(2)電源変動や素子ばらつきに対して利得は安定になる。(3)内部で発生するひずみ・雑音は減少する。(4)A_vβ≫1（1より十分大きい）とき A_f≒1/βで近似できる（「十分小さいとき」は誤り）。よって答えは(5)。

問題の解説

STEP1　全体増幅度

Af=Av/(1+Avβ)。分母>1なのでAf

STEP2　利得低下

利得は負帰還なしより低下→(5)が正しい。

STEP3　他の誤り

(1)帯域は広がる、(2)安定、(3)ひずみ減少、(4)はAvβ≫1で1/β。答えは(5)。

答え：(5)

まとめ

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