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2023年度 下期 理論

理論 問11

FETは、半導体の中を移動する多数キャリアを (ア) 電圧により生じる電界によって制御する素子であり、接合形と (イ) 接合形の (ウ) チャネル FETを示す。
次の図記号は (ウ) チャネル FETを示す。

上記の記述中の空白箇所(ア)～(ウ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2023年度 下期 理論

理論 問12

次の文章は、真空中における電子の運動に関する記述である。
図のように、\(x\) 軸上の負の向きに大きさが一定の電界 \(E \mathrm{[V/m]}\) が存在しているとき、\(x\) 軸上に電荷が \(-e \mathrm{[C]}\) (eは電荷の絶対値)、質量 \(m_{0} \mathrm{[kg]}\) の1個の電子を置いた場合を考える。\(x\) 軸の正方向の電子の加速度を \(a \mathrm{[m/s^2]}\) とし、また、この電子に加わる力の正方向を \(x\) 軸の正方向にとったとき、電子の運動方程式は
\[ ma = (\text{ア}) \quad \dots (1) \]
となる。①式から電子は等加速度運動をすることがわかる。したがって、電子の初速度を零としたとき、\(x\) 軸の正方向に向かう電子の速度 \(v \mathrm{[m/s]}\) は時間 \(t \mathrm{[s]}\) の (イ) 関数となる。また、電子の走行距離 \(x \mathrm{[m]}\) は時間 \(t \mathrm{[s]}\) の (ウ) 関数で表される。さらに、電子の運動エネルギーは時間 \(t \mathrm{[s]}\) の (エ) で増加することがわかる。
ただし、電子の速度 \(v \mathrm{[m/s]}\) はその質量の変化が無視できる範囲とする。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2023年度 下期 理論

理論 問14

固有の名称をもつSI組立単位の記号と、これと同じ内容を表す他の表し方の組合せとして、誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2023年度 下期 理論

理論 問17(a)

図1の端子a-d間の合成静電容量について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。
(選択問題)

端子b-c-d間は図2のように \(\Delta\) 結線で接続されている。これを図3のようにY結線に変換したとき、電気的に等価となるコンデンサ \(C\) の値 \(\mathrm{[\mu F]}\) として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2023年度 上期 理論

理論 問17(a)

図のように、極板間の厚さd [m],表面積S [m²]の平行板コンデンサAとBがある。コンデンサAの内部は、比誘電率と厚さが異なる3種類の誘電体で構成され、極板と各誘電体の水平方向の断面積は同一である。コンデンサBの内部は、比誘電率と水平方向の断面積が異なる3種類の誘電体で構成されている。コンデンサAの各誘電体内部の電界の強さをそれぞれ \(E_{A1}, E_{A2}, E_{A3}\)、コンデンサBの各誘電体内部の電界の強さをそれぞれ \(E_{B1}, E_{B2}, E_{B3}\) とし、端効果,初期電荷及び漏れ電流は無視できるものとする。また、真空の誘電率を \(\varepsilon_{0}[\mathrm{F/m}]\) とする。両コンデンサの上側の極板に電圧V [V]の直流電源を接続し、下側の極板を接地した。次の(a)及び(b)の問に答えよ。

コンデンサAにおける各誘電体内部の電界の強さの大小関係とその中の最大値の組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2023年度 上期 理論

理論 問17(b)

図のように、極板間の厚さd [m],表面積S [m²]の平行板コンデンサAとBがある。コンデンサAの内部は、比誘電率と厚さが異なる3種類の誘電体で構成され、極板と各誘電体の水平方向の断面積は同一である。コンデンサBの内部は、比誘電率と水平方向の断面積が異なる3種類の誘電体で構成されている。コンデンサAの各誘電体内部の電界の強さをそれぞれ \(E_{A1}, E_{A2}, E_{A3}\)、コンデンサBの各誘電体内部の電界の強さをそれぞれ \(E_{B1}, E_{B2}, E_{B3}\) とし、端効果,初期電荷及び漏れ電流は無視できるものとする。また、真空の誘電率を \(\varepsilon_{0}[\mathrm{F/m}]\) とする。両コンデンサの上側の極板に電圧V [V]の直流電源を接続し、下側の極板を接地した。次の(a)及び(b)の問に答えよ。

コンデンサA全体の蓄積エネルギーは、コンデンサ B全体の蓄積エネルギーの何倍か、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2023年度 下期 理論

理論 問17(b)

図1の端子a-d間の合成静電容量について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。
(選択問題)

図3を用いて、図1の端子b-c-d間をY結線回路に変換したとき、図1の端子a-d間の合成静電容量 \(C_{0}\) の値 \(\mathrm{[\mu F]}\) として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2023年度 下期 理論

理論 問18(a)

図1は、飽和領域で動作する接合形FETを用いた増幅回路を示し、図中の \(v_{i}\) 並びに \(v_{o}\) はそれぞれ、入力と出力の小信号交流電圧 \(\mathrm{[V]}\) を表す。また、図2は、その増幅回路で使用するFETのゲートーソース間電圧 \(V_{gs} \mathrm{[V]}\) に対するドレーン電流 \(I_{d} \mathrm{[mA]}\) の特性を示している。抵抗 \(R_{G}=1 \mathrm{M\Omega}\)、\(R_{D}=5 \mathrm{k\Omega}\)、\(R_{L}=2.5 \mathrm{k\Omega}\)、直流電源電圧 \(V_{DD}=20 \mathrm{V}\) とするとき、次の(a)及び(b)の問に答えよ。
(選択問題)

FETの動作点が図2の点Pとなる抵抗 \(R_{S}\) の値 \(\mathrm{[k\Omega]}\) として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2023年度 下期 理論

理論 問18(b)

図1は、飽和領域で動作する接合形FETを用いた増幅回路を示し、図中の \(v_{i}\) 並びに \(v_{o}\) はそれぞれ、入力と出力の小信号交流電圧 \(\mathrm{[V]}\) を表す。また、図2は、その増幅回路で使用するFETのゲートーソース間電圧 \(V_{gs} \mathrm{[V]}\) に対するドレーン電流 \(I_{d} \mathrm{[mA]}\) の特性を示している。抵抗 \(R_{G}=1 \mathrm{M\Omega}\)、\(R_{D}=5 \mathrm{k\Omega}\)、\(R_{L}=2.5 \mathrm{k\Omega}\)、直流電源電圧 \(V_{DD}=20 \mathrm{V}\) とするとき、次の(a)及び(b)の問に答えよ。
(選択問題)

図2の特性曲線の点Pにおける接線の傾きを読むことで、FETの相互コンダクタンスが \(g_{m}=6 \mathrm{mS}\) であるとわかる。この値を用いて、増幅回路の小信号交流等価回路をかくと図3となる。ここで、コンデンサ \(C_{1}\)、\(C_{2}\)、\(C_{S}\) のインピーダンスが使用する周波数で十分に小さいときを考えており、FETの出力インピーダンスが \(R_{D} \mathrm{[k\Omega]}\) や \(R_{L} \mathrm{[k\Omega]}\) より十分大きいとしている。
この増幅回路の電圧増幅度 \(A_{v}=\left|\dfrac{v_{o}}{v_{i}}\right|\) の値として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2022年度 下期 理論

理論 問1

図に示すように、誘電率 \( 8\varepsilon_{0} \) [F/m] の真空中に置かれた二つの静止導体球A及びBがある。電気量はそれぞれ \( Q_{A} \) [C] 及び \( Q_{B} \) [C] とし、図中にその周囲の電気力線が描かれている。
電気量 \( Q_{A}=16\varepsilon_{0} \) [C] であるとき、電気量 \( Q_{B} \) [C]の値として、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2022年度 上期 理論

理論 問1

面積がともに \( S \mathrm{[m^2]} \) で円形の二枚の電極板（導体平板）を、互いの中心が一致するように間隔 \( d \mathrm{[m]} \) で平行に向かい合わせて置いた平行板コンデンサがある。電極板間は誘電率 \( \varepsilon \mathrm{[F/m]} \) の誘電体で一様に満たされ、電極板間の電位差は電圧 \( V \mathrm{[V]} \) の直流電源によって一定に保たれている。この平行板コンデンサに関する記述として、誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
ただし、コンデンサの端効果は無視できるものとする。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2022年度 上期 理論

理論 問2

真空中において、図に示すように一辺の長さが \( 1 \mathrm{m} \) の正三角形の各頂点に \( 1 \mathrm{C} \) 又は \( -1 \mathrm{C} \) の点電荷がある。この場合、正の点電荷に働く力の大きさ \( F_1 \mathrm{[N]} \) と、負の点電荷に働く力の大きさ \( F_2 \mathrm{[N]} \) の比 \( F_2/F_1 \) の値として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2022年度 下期 理論

理論 問2

図のように、平行板コンデンサの上下極板に挟まれた空間の中心に、電荷 \( Q \) [C]を帯びた導体球を保持し、上側極板の電位が \( E \) [V]、下側極板の電位が \( -E \) [V] となるように電圧源をつないだ。ただし、\( E>0 \) とする。同図に、二つの極板と導体球の間の電気力線の様子を示している。
このとき、電荷 \( Q \) [C]の符号と導体球の電位 \( U \) [V] について、正しい記述のものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2022年度 上期 理論

理論 問6

図1に示すように、静電容量 \( C_1 = 4 \mathrm{\mu F} \) と \( C_2 = 2 \mathrm{\mu F} \) の二つのコンデンサが直列に接続され、直流電圧 \( 6 \mathrm{V} \) で充電されている。次に電荷が蓄積されたこの二つのコンデンサを直流電源から切り離し、電荷を保持したまま同じ極性の端子同士を図2に示すように並列に接続する。並列に接続後のコンデンサの端子間電圧の大きさ \( V \mathrm{[V]} \) の値として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2022年度 下期 理論

理論 問6

電圧 \( E \) [V]の直流電源と静電容量 \( C \) [F]の二つのコンデンサを接続した図1、図2のような二つの回路に関して、誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
（図1は並列、図2は直列）

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2022年度 下期 理論

理論 問9

図のようなRC交流回路がある。この回路に正弦波交流電圧 \( E \) [V]を加えたとき、容量性リアクタンス \( 6\Omega \) のコンデンサの端子間電圧の大きさは12Vであった。このとき、\( E \) [V] と図の破線で囲んだ回路で消費される電力 \( P \) [W]の値の組合せとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2022年度 上期 理論

理論 問9

図のように、\( 5 \mathrm{\Omega} \) の抵抗、\( 200 \mathrm{mH} \) のインダクタンスをもつコイル、\( 20 \mathrm{\mu F} \) の静電容量をもつコンデンサを直列に接続した回路に周波数 \( f \mathrm{[Hz]} \) の正弦波交流電圧 \( E \mathrm{[V]} \) を加えた。周波数を回路に流れる電流が最大となるように変化させたとき、コイルの両端の電圧の大きさは抵抗の両端の電圧の大きさの何倍か。最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2022年度 上期 理論

理論 問10

図の回路において、スイッチSが開いているとき、静電容量 \( C_1 = 4 \mathrm{mF} \) のコンデンサには電荷 \( Q_1 = 0.3 \mathrm{C} \) が蓄積されており、静電容量 \( C_2 = 2 \mathrm{mF} \) のコンデンサの電荷は \( Q_2 = 0 \mathrm{C} \) である。この状態でスイッチSを閉じて、それから時間が十分に経過して過渡現象が終了した。この間に抵抗 \( R \mathrm{[\Omega]} \) で消費された電気エネルギー \(\mathrm{[J]}\) の値として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2022年度 下期 理論

理論 問10

図の回路のスイッチSをt=0sで閉じる。電流 \( i_{S} \) [A]の波形として最も適切に表すものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
ただし、スイッチSを閉じる直前に、回路は定常状態にあったとする。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量

2022年度 上期 理論

理論 問11

次の文章は、電界効果トランジスタ (FET) に関する記述である。
図は、nチャネル接合形 FETの断面を示した模式図である。ドレーン (D) 電極に電圧 \( V_{DS} \) を加え、ソース (S) 電極を接地すると、nチャネルの （ア） キャリヤが移動してドレーン電流 \( I_D \) が流れる。ゲート (G) 電極に逆方向電圧 \( V_{GS} \) を加えると、pn接合付近に空乏層が形成されてnチャネルの幅が （イ） し、ドレーン電流 \( I_D \) が （ウ） する。このことからFETは （エ） 制御形の素子である。

上記の記述中の空白箇所(ア)～(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 静電気・コンデンサ 論点: 静電気論点: 静電容量