(選択問題:問17又は問18のどちらかを選んで解答)
図1は、調節計の演算回路などによく用いられるブロック線図を示す。次の(a)及び(b)の問に答えよ。
図1のブロック線図において、閉ループ周波数伝達関数 \(G(j\omega) = \dfrac{X(j\omega)}{Y(j\omega)}\) で、ゲイン \(K\) が非常に大きな場合の近似式として、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
なお、この近似式が成立する場合、この演算回路は比例プラス積分要素と呼ばれる。
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(2)
\(1+\dfrac{CR}{j\omega}\)
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(3)
\(1+\dfrac{1}{j\omega CR}\)
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(4)
\(\dfrac{1}{1+j\omega CR}\)
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(5)
\(\dfrac{1+CR}{j\omega CR}\)
要点
正解は(3)。ゲイン \(K\) が十分大きい閉ループでは、\(X/Y\) がほぼ \(1/G_1\) になります。(a)の逆数から比例プラス積分要素を読み取ることが要点です。
詳細解説
この問題では、閉ループ式 \(X/Y=K/(1+KG_1)\) を作り、\(K\) が非常に大きいとき \(1/G_1\) に近づくことを使います。
ブロック線図より、\( X = K(Y - G_1 X) \) です。
よって伝達関数は、
\[ \dfrac{X}{Y} = \dfrac{K}{1 + K G_1} \]
となります。\(K\) が非常に大きいときは、
\[ \dfrac{X}{Y} \approx \dfrac{1}{G_1} \]
です。