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第1級陸上無線技術士、第1種伝送交換主任技術者、第1種アナログ工事担任のTOITAが航空無線を目指す、皆様のお手伝いをします。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第20期工学第3章半導体・電子管・電子回路 (7)オペアンプその2

      第3章半導体・電子管・電子回路
        (7)オペ・アンプその2


今回は、反転増幅回路の増幅度を求める式を誘導してみ
ます。
ここで誘導される式は、大変重要な式です。
前回の回路図と式を見ながら、ご自分でノートに書きな
がら式の変化を確認して下さい

オペアンプを使用した増幅回路には、反転増幅回路と非
反転
増幅回路の2つがありますが、試験には、反転増幅
回路が出
題されますのでその増幅度の計算の仕方、そし
入力と出力
の位相関係をしっかり理解しておいて下さ
い。


1.反転増幅器の増幅度
それでは、(15)式と(16)式を書き換えます。

   (Vi - Vi-)/Ri = Ii         (19)
  (Vi- - Vout)/Rf  = If          (20)

(17)式より(19)式と(20)式は等しい事になります。
(19)式の左辺と(20)式の左辺同士を”=”で結びます。
その際 、
(2) 式よりVout を Vo と書き換えます。

      (V i - Vi-)/Ri = (Vi- - Vout)/Rf
Vi/Ri = (Vi-/Ri) + (Vi-/Rf) ― (Vo/Rf) 
                             (21)

ここで(18)式の Vi- = ―Vo/A を(21)式に代入し
ます。


   = -{Vo/(A・Ri)} - {Vo/(A・Rf)}-(Vo/Rf)
                          (22)

(22)式を ―Vo でくくります。

   = -[{1/(A・Ri)} + {1/(A・Rf)}+ (1/Rf)]Vo
                       (23)

(23)式を Vo = と書き換えます。

 Vo = -(Vi/Ri)/[1/{1/(A・Ri) +1/(A・Rf)
                                                        + 1/Rf}]


右辺の分母と分子に Ri を掛けます。


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3.独学に不安がある方
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4.近くに受講出来る講座が無い方
  何時でも、何処でも何度でも、1日、何度でも勉強す
  ることが出来ます。

5.最新問題に対応
  受験参考書では、対応出来ない、新規の問題に対
  応した説明を読む事が出来ます。 

6.予備知識暗記不要 
  予備知識”0”からの出発。理解出来るので暗記する
  事なく、長期記憶となります。 

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  分かり易ければ、楽しく続けられます。
  毎日、少しづつの時間がさければ、楽に、実力が付
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  当塾では、出題数の多い項目からお話をしています
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  無線工学では、”空中線と電波伝搬”。
  電波法規では、”無線局の運用”です。
   出題数の多い項目から理解する事で、合格に必要な
  得点を得やすくなります。
2.参考書に書かれていない事の説明がある
  当塾は、文系の方の為の講座です。
  参考書には、 書かれていない 文系の方が知りたい
  事からお話をしています。
3.質問者が納得できる回答
  質問される方、それぞれに、 個別のお答えをしてい
  ます。
  納得できるまで、何度でも質問して下さい
4.実力が感じられる
  出題数の多い項目から勉強しますので、勉強が進む
  につれて合格の手応えを感じます。
  当塾の受講生は、1 回または、2 回の受験で免許を
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TOITAの「航空無為線通信士受験クラブ」第20期工学第3章半導体・電子管・電子回路 (7)オペアンプその1

       第3章半導体・電子管・電子回路
         (7)オペ・アンプその1

今回と次回の 2 回に分けてオペ・アンプのお話をいた
します。
今回の最後には、  前回出題致しました演習問題の解答
を行います。 


オペ・アンプは、その名の通り、日本語で演算素子と言
います。皆様は、信じられないかも知れませんが、ウン
十年前には、アナログの計算機が有りました。
一般的では、在りませんでしたが電気関係の高校や大学
には、有りました。私も、一度、実験で使用した記憶が
有ります。
そんな昔から有った物ですが、現在は、IC化されていま
すので まさに1つの部品として扱われていますので図-7
の様に1つの部品として回路記号で描かれています。
現在は、オペ・アンプを使う事により、今まで、複数の
部品を組み合わせて作っていた増幅回路や発振器回路等
が簡単に作れる様になりました。
 
入力は、2つ有り、”-”と書かれた方から入力しますと、
出力は、入力に対して180度位相がずれます。
”+” と書いてある方から入力しますと入力と出力の位相
差は、有りません。
オペ・アンプは、差動増幅器 と言いまして、
2つの入力
の差
を増幅
します。

オペ・アンプの重要な性質を以下にまとめます。

 (1)入力インピーダンス Z1 と Z2 が無限大です。
   (入力への電流の流れ込みが無いと言う事です。)
 (2)出力のインピーダンス Zo が”0”です。
 (3)増幅度無限です。
  (数mV の入力が数万Vになると言う事では、有りま
      せん。)
   出力の電圧は、電源電圧以上には、なりませんので
   逆に言いますと、オペ・アンプの入力に入って来た
       信号のレベルを観ますと1/(無限大)ですから”0
       ”になっています)

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第20期工学第3章半導体・電子管・電子回路 (6)増幅率(度)

      第3章半導体・電子管・電子回路
          (6)増幅率(度)

今回は、前回迄にお話しをしました増幅回路がどの位増
幅するか計算してみます。
8月期の試験では、 電圧増幅率の出題が予想されますが
、増幅率の基礎は、電力増幅率ですので、そちらからお
話しを始めます。

1.電力増幅率(度)



図-6をご覧下さい。 Apと書いてある四角の箱は、 増
幅回路です。左側のVgは、信号源です。信号源には、
内部抵抗がありその内部抵抗をRin とします。増幅回路
の2つの赤い玉の間の電圧は、Vinです。 そして、増幅
回路の入力に流れ込む電流は、Iinです。
一方、増幅回路の出力側から負荷に向かって流れ出す電
流は、Ioutです。そして負荷抵抗のRにIoutが流れて負
荷抵抗の両端には、電圧Voutが現れます。

電力の増幅度ですから 入力の電力に対して出力の電力が
倍になっているかを考えれば良いことになります。
電力増幅率をApとしますと

   ApIout・Vout)/(Iin・Vin  (1)

となります。
ここでは、電力とは、(電流)x(電圧)である事と  増幅率
は、入力に対する出力の 比であることを理解していれば
OKです。


2.[dB]表示の増幅率(度)


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TOITAの「航空k無線通信士受験クラブ」第20期工学第3章半導体・電子管・電子回路 (5)トランジスターの電流増幅率その2

      第3章半導体・電子管・電子回路
    (5)トランジスターの電流増幅率その2

今回は、 トランジスターの電流増幅率の 2回目として
トランジスターの回路として一番良く使用されるエミッ
ター接地回路の電流増幅率のお話をいたします。前回、
お話を致しました ベース接地回路の電流増幅率が 基礎
になりますので、読み返しておいて下さい。


  
 ※平成26年4月1日以降の試験からトランジスターの記号から丸が無
  くなりま
した。
          
 図-4をご覧ください。電池Ebeで Ib が流れ、結果と
   てIcが流れます。
 Ebeに直列に微小な信号源 Vi が繋がれています。
 Vi の変化により Ib が ΔIb だけ変化します。  結果
   として Ic が ΔIcだけ変化します。
 Ie は、 Ib + Ic ですので、Ie も ΔIe だけ変化しま
   す。
 それでは  エミッター接地の電流増幅率についてお話
   をします。エミッター接地では、Ibが入力でIc が 出
   力となりますので エミッター接地の電流増幅率: β 
   は、

     β = ΔIc/ΔIb                (2)

 となります。
 次に  前回の(1)式のαと(2)式のβの関係を調べてみ
   ます。

     β = ΔIc/ΔIb = ΔIc/(ΔIe - ΔIc)

 分子と分母を⊿Ie で割ります。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第20期工学第3章半導体・電子管・電子回路 (5)トランジスターの電流増幅率その1

        第3章半導体・電子管・電子回路
        (5)トランジスターの
               電流増幅率その1 

前回、トランジスターの原理をご説明いたしました。
ベース電流:Ib が流れると コレクター電流:Ic が流れる
と言うのがトランジスターの基本です。
Ib の変化に対して Ic がどれだけ変化するかを論じるのが
電流増幅率です。
今回は、ベース接地の電流増幅率とベース接地回路の特徴
についてお話を致します。

トランジスターを使った増幅回路には、3 つの種類があり
ます。

   1.ベース接地回路
   2.エミッター接地回路
   3.コレクター接地回路

この3種類の回路の違いは、 トランジスターのどの端子を
接地するかの違いによります。
”接地”とは、読んで字のごとく、地面に接すると言う事で
すが、地面へ接地するとは、どう言う意味があるのでしょ
うか?
電子回路に地面が関係するのでしょうか? と言う 2 つの
疑問を感じられている事と思います。
2つ目の疑問から先にお答えします。
地面とは、地球の事で地球は、 英語で earth (アース)と
言います。 電気器具には、安全の為に アースを付けると
言う事を聞いた事がありませんか?
このアースとは、earth の事です。
earth(地球⇒地面) は、電気の世界で基準になります。
よって、電子回路や電気器具は、earthが関係します。
次に1番目の疑問についてお答え致します。 
接地するのは、電子回路の基準となる部分です。
簡単に申しますと、電圧の基準点を接地します。


電源(電池を含む)の端子電圧は、 両端間の電圧の差で
す。
電池を例にしますと、 電池の平らな方を基準とすれば、
小さな出っ張りがある方は、+1.5 [V] と言う事になりま
す。
逆に出っ張った方を基準と考えれば、平らな方は、-1.5
[V] となります。 


基準に物理的な意味合いを持たせる為に 基準としたい方
を接地します。 電源の-側を接地すれば、+ の電源と言
う事になります。逆に +側を接地すれば、-の電源と言
う事になりります。
接地する事で基準が決まります。


今回は、 ベースを基準とする ベース接地回路のお話を致
します。



「ベース接地回路」は  次回お話をします「エミッター接
地回路」のお話為の 準備にもなりますで しっかり理解し
ておきましょう。




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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第20期工学第3章半導体・電子管・電子回路 (4)トランジスター

    第3章半導体・電子管・電子回路
      (4)トランジスター 


前回は、n 形半導体と p 形半導体を接合させたダ
イオードの動作原理のお話をしました。前回お話を
しました、ダイオードは、電源を必要としませんの
で、受動素子と言えます。
今回お話をいたしますトランジスターは、動作の為
には電源を必要としますので能動素子です。


それでは、今迄の準備を活かしてトランジスターの
動作原理のお話をします。
ダイオードの動作原理が良く理解出来ていない方は
、前回、又は、前々回の記事から読み直しをしてお
いて下さい。

1.トランジスターの種類
トランジスターには、n形半導体とp形半導体の組
合せの仕方の違いにより2種類あります。
それは、PNPトランジスターとNPN トランジスタ
ーです。それぞれの型名は、それぞれの構造を表し
ています。
それでは、PNPトランジスターから見てみます。


2.pnpトランジスター
  

 pnpトランジスターは、 名前の通り、n形半導体の
 両側に
 p形半導体を配しています。
 両方のp形半導体の中の白い丸は、 電子が不足した
 正孔です。
 n形半導体の中の赤い丸は、自由電子です。
 左側のp形半導体をエミッターE)。 真ん中の n
 形半導体をベースB)。
 そして、右側のp形半導体は、 コレクターC)と
   言います 。
 これらの名称をしっかり覚えておいて下さい

 pnpの順に半導体を接合してその両端に電池 Eceを
   繋ぎます。Ece を仮に 3 [V]。 Ebe を 1.5 [V] と
   します。
 ここで、コレクターとベースについて直目してみま
   す。
 コレクターを0 [V]としまと、Ece と Ebe の向きか
   らベース電圧は

 Ece + Ebe = 3 + (-1.5) = 1.5 [V]

 となります。コレクターとベースの間は、前回お話
   をしました逆バイアスの状態すのでベーとコレク
   ター間に 流れません
 
 それでは、この後の話が進みませんね。
 次に、エミッターとベースの関係について 見てみま
   す。


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  当塾は、文系の方の為の講座です。
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  事からお話をしています。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第20期工学第3章半導体・電子管・電子回路 (3)ダイオード

      第3章半導体・電子管・電子回路
         (3)ダイオード


今回は、 半導体素子としては、 一番簡単な構造ですが、
トランジスターや FET 等の素子の基本が詰まっています
ダイオードについてのお話を致します。

ダイオードは、  交流から直流を作る過程での整流や、変
調された電波から音声信号を取り出す検波に使用されます
。整流は、電源の章で、 検波は、DSB 送受信機の章で詳
しくお話をいたします。

(1)ダイオードの働き
 ダイオードとは、 電流を一方向にしか通さない  性質が
 あります。

 
 一番上のグラフは、交流〈皆様のご家庭のコンセントに
   来ている電気の電圧をグラフにしたもの)です。
 横軸が時間で縦軸が電圧です。
 時間と共に電圧と極性が変わっています。横軸より上が
   ”+”で下が”-”です。
 その下の回路図では、交流の電源(丸にSIN波のマーク
  )に抵抗:R が繋がれています。
 抵抗:R には、I = V/R の電流が流れます。
 抵抗:R の両端電圧は、V = I・R で 電源の電圧と同じ
  電圧が加わります。
 電流の向きは、 赤の矢印の方向であったり、水色の方
 向であったり時間と共にに変わります。
 次に下の図の様に途中にダイオードを入れます。
 
 すると電流の流れは、赤の矢印の方向だけになります。
 この時の抵抗:Rの両端電圧は、回路図の上のグラフの
 様な電圧の変化となります。
 
 これは、ダイオードが赤の矢印の方向にしか電流を通さ
 ない為です。

全文は、記事をお買い求めの上、お読みください。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第20期工学第3章半導体・電子管・電子回路 (2)半導体とは?

            第3章半導体・電子管・電子回路
               (2)半導体とは?

前回、能動素子と受動素子のお話をしました。
受動素子には、抵抗・コイル・コンデンサー等がありますが
これらについては、最終章の電気回路でお話をする事としま
して、今回は、第3章のタイトルの最初に出てきます、「 半
導体とは、そもそも何?」と言うお話をします。
また、半導体がどの様に能動素子として働くかと言うお話を
次回以降に行います。

 
1.半導体とは?

  電気の世界には、電気を通す導体”。電気を通りにくくす
  抵抗”(電気を全然通さない物は、絶縁体 と言います。
  )と今回お話をします”半導体”があります。
  電気が流れる事を電流が流れると言いますが、電流とは、
  どんなものなのでしょうか?
  電流とは、 原子の中で一番外側を廻っている電子が原子
  核
の中にある陽子の力を振り切って自由になって 移動
  る状
を言います。 この電子自由電子と言います。

  上の図の真ん中の赤い丸は、 原子核で陽子と中性子か
  ら出来ています。 (もっと他にもありますが、電気に
  おいて原子核で重要なのは、陽子だけです。) 陽子
  、 ”+” の電気を持っています
  そして水色の丸は、電子です。
  電子は、 幾つかの軌道を廻っています。 電子は、”” 
  の電気を持っています。 電子は、飛び飛びの軌道のど
  れかしか回れない
と言う事が重要になります。

  電子は、原子核から遠い軌道を廻っているもの程、エ
  寝るギーが大きいのです。
  これは、人工衛星を地球から遠い軌道へ打ち上げる程
  大きなロケットを必要とするのと同じ事です。
  電子の持つエネルギーのレベルは2つに別れます。
  1つは、 価電子帯で、このエネルギー・レベルに属す
  電子は、他の原子との結合の為に働きます。そしても
  う1つのエネルギー・レベルは、伝導帯です。
  
 
  金属原子の伝導帯にある電子は、少しの外力で自由電
  子になり自由に金属分子の間を移動する様になります
  ので電気が流れ易いと言う事になります。
  ここで、 外力と言いましたものには、「熱」、「光」
  、「電圧」等があります。

  一方抵抗の頂点である絶縁物は、価電子帯にある電子
  に少し位の外力を加えても伝導帯へ上がる事が出来ま
  せんので 自由になる事がありません。


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