平成14年度、電験三種理論の問題をまとめました。※現在作成中
実際の問題文とは一部表記が違う箇所もありますのでご了承ください。
問１：静電気
図のように，面積S[m^2]の電極板からなる平行板コンデンサがある。この電極板と平行に同じ形の導体平板を図に示す間隔で入れ，このコンデンサの両端の電極に120[V]の直流電圧を加えて充電した。このとき，図中の電圧V0[V]の値として，正しいのは次のうちどれか。ただし，電極板間の誘電体の誘電率は同一とし，充電前の電極及び導体平板の初期電荷は零とする。また，電極板及び導体平板の厚さ並びにこれらの端効果は，無視できるものとする。
(1) 0
(2) 30
(3) 60
(4) 90
(5) 120
回答
(2)
問2：静電気
図のように，真空中の3[m]離れた2点A,Bにそれぞれ3×10^-7[C]の正の点電荷がある。A点とB点とを結ぶ直線上のA点から1[m]離れたP点にQ[C]の正の点電荷を置いたとき，その点電荷にB点の方向に9×10^-3[N]の力が働いた。この点電荷Q[C]の値として，最も近いのは次のうちどれか。ただし，真空中の誘電率を ε0 = 1/(4π×9×10^9) [F/m] とする。
(1) 1.2×10^-9
(2) 1.8×10^-8
(3) 2.7×10^-7
(4) 4.4×10^-6
(5) 7.3×10^-5
回答
(4)
問３：磁気
図のように，断面積S=10[cm^2]の環状鉄心に巻かれた巻数N=600のコイルがある。このコイルに直流電流I=4[A]を流したとき，鉄心中に発生した磁束の磁束密度はB=0.2[T]であった。このコイルのインダクタンスL[mH]の値として，正しいのは次のうちどれか。ただし，コイルの漏れ磁束は無視できるものとする。
(1) 30
(2) 60
(3) 120
(4) 300
(5) 600
回答
(1)
問４：磁気
図のように，空間に一様に分布する磁束密度B=0.4[T]の磁界中に，辺の長さがそれぞれa=15[cm]，b=6[cm]で，巻数N=20の長方形のコイルが置かれている。このコイルに直流電流I=0.8[A]を流したとき，このコイルの回転軸OO’を軸としてコイルに生じるトルクT[N・m]の最大値として，最も近いのは次のうちどれか。ただし，コイルの辺aは磁界と直交し，OO’は辺bの中心を通るものとする。また，コイルの太さは無視し，流れる電流によって磁界は乱されないものとする。
(1) 0.011
(2) 0.029
(3) 0.033
(4) 0.048
(5) 0.058
回答
(5)
問５：直流回路
図のような，抵抗P=1[kΩ]，抵抗Q=10[Ω]のホイートストンブリッジ回路がある。このブリッジ回路において，抵抗Rは100[Ω]～2[kΩ]の範囲内にある。このRのすべての範囲でブリッジの平衡条件を満たす可変抵抗Sの値の範囲として，正しいのは次のうちどれか。
(1) 0.5[Ω]～10[Ω]
(2) 10[Ω]～200[Ω]
(3) 500[Ω]～5[kΩ]
(4) 10[kΩ]～200[kΩ]
(5) 500[kΩ]～1[MΩ]
回答
(4)
問６：単相交流
図のように，抵抗R[Ω]と誘導性リアクタンスXL[Ω]が直列に接続された交流回路がある。R/XL = 1/√2 の関係があるとき，この回路の力率cosφの値として，最も近いのは次のうちどれか。
(1) 0.43
(2) 0.50
(3) 0.58
(4) 0.71
(5) 0.87
回答
(3)
問7：三相交流
図のように，三つの交流電圧源から構成される回路において，各相の電圧Ėa[V]，Ėb[V]及びĖc[V]は，それぞれ次のように与えられる。ただし，式中の∠φは，(cosφ + j sinφ)を表す。Ėa=200∠0[V]，Ėb=200∠(-2π/3)[V]，Ėc=200∠(π/3)[V]。このとき，図中の線間電圧V̇ca[V]とV̇bc[V]の大きさ(スカラ量)の値として，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
(1) V̇ca：200 ／ V̇bc：0
(2) V̇ca：200√3 ／ V̇bc：200√3
(3) V̇ca：200√2 ／ V̇bc：400√2
(4) V̇ca：200√3 ／ V̇bc：400
(5) V̇ca：200 ／ V̇bc：400
回答
(5)
問８：単相交流
図のようなRLC交流回路がある。この回路に正弦波交流電圧E=100[V]を加えたとき，可変抵抗R[Ω]に流れる電流I[A]は零であった。また，可変抵抗R[Ω]の値を変えてもI[A]の値に変化はなかった。このとき，容量性リアクタンスXC[Ω]の端子電圧V[V]とこれに流れる電流IC[A]の値として，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。ただし，誘導性リアクタンスXL=20[Ω]とする。
(1) V：100 ／ IC：0
(2) V：50 ／ IC：5
(3) V：100 ／ IC：5
(4) V：50 ／ IC：20
(5) V：100 ／ IC：20
回答
(3)
問９：直流回路
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 C1 = 0.004 [F] のコンデンサには電荷 Q1 = 0.3 [C] が蓄積されており，静電容量 C2 = 0.002 [F] のコンデンサの電荷は Q2 = 0 [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[Ω] で消費された電気エネルギー [J] の値として，正しいのは次のうちどれか。
(1) 2.50 (2) 3.75 (3) 7.50 (4) 11.25 (5) 13.33
回答
(2)
問１０：その他
次の文章は，p形半導体とn形半導体の接合面におけるキャリヤの働きについて述べたものである。
a. 図1のように，p形半導体とn形半導体が接合する接合面付近では，拡散により，p形半導体内のキャリヤ（△印）はn形半導体の領域内に移動する。また，n形半導体内のキャリヤ（□印）はp形半導体の領域内に移動する。
b. 接合面付近では，図2のように拡散したそれぞれのキャリヤが互いに結合して消滅し，**（ア）**と呼ばれるキャリヤのない領域が生じる。
c. その結果，**（ア）内において，p形半導体内の接合面付近に（イ）が，n形半導体内の接合面付近に（ウ）**が現れる。
d. それにより，接合面付近にはキャリヤの移動を妨げる**（エ）が生じる。その方向は，図2中の矢印（オ）**の方向である。
上記の記述中の空白箇所（ア），（イ），（ウ），（エ）及び（オ）に当てはまる語句として，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
| （ア） | （イ） | （ウ） | （エ） | （オ） | |
|---|---|---|---|---|---|
| (1) | 空乏層 | 負の電荷 | 正の電荷 | 電界 | A |
| (2) | 反転層 | 正の電荷 | 負の電荷 | 電界 | A |
| (3) | 空乏層 | 負の電荷 | 正の電荷 | 磁界 | A |
| (4) | 反転層 | 正の電荷 | 負の電荷 | 磁界 | A |
| (5) | 空乏層 | 負の電荷 | 正の電荷 | 電界 | C |
回答
(5)
問１１：その他
図のように，それぞれ十分離れた3点 A，B，C の地中に接地極が埋設されている。次の(a)及び(b)に答えよ。
(a) AB間，BC間，AC間の抵抗を測定したところ，それぞれ
r_ab = 6.6 [Ω]，r_bc = 6.0 [Ω]，r_ac = 5.2 [Ω] であった。
このときのA点の接地抵抗 R_A[Ω] の値として，正しいのは次のうちどれか。
(1) 2.2 (2) 2.9 (3) 3.6 (4) 5.8 (5) 7.2
(b) B点とC点を導線で短絡したときのAB間の抵抗 r’_ab[Ω] の値として，最も近いのは次のうちどれか。ただし，導線の抵抗は無視できるものとする。
(1) 2.9 (2) 3.8 (3) 4.3 (4) 5.2 (5) 6.6
回答
(2)-(3)
問１２：その他
図1の抵抗回路において，抵抗 R[Ω] の消費する電力は 72[W] である。このときの pq端子の電圧V[V] を求める。次の(a)及び(b)に答えよ。
(a) 図1のpq端子から左側を見た回路は，図2に示すように，電圧源 E0[V] と内部抵抗 R0[Ω] の電源回路に置き換えることができる。E0[V] と R0[Ω] の値として，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
(1) E0=40，R0=6
(2) E0=60，R0=12
(3) E0=100，R0=20
(4) E0=60，R0=30
(5) E0=40，R0=50
(b) 抵抗 R[Ω] が 72[W] を消費するときの R[Ω] の値には二つある。それぞれに対応した電圧 V[V] のうち，高い方の電圧 [V] の値として，正しいのは次のうちどれか。
(1) 36 (2) 50 (3) 72 (4) 84 (5) 100
回答
(2)-(1)
問１３：その他
図1，図2及び図3は，トランジスタ増幅器のバイアス回路を示す。次の(a)及び(b)に答えよ。
ただし，VCCは電源電圧，VBはベース電圧，IBはベース電流，ICはコレクタ電流，IEはエミッタ電流，R，RB，RC及びREは抵抗を示す。
(a) 次の式①，式②及び式③は，電圧 VBE を示す。
上記の式と図を正しく組み合わせたものは次のうちどれか。
- VBE = VB − IE・RE
- VBE = VCC − IB・R
- VBE = VCC − IB・R − IC・RC
| 式① | 式② | 式③ | |
|---|---|---|---|
| (1) | 図1 | 図2 | 図3 |
| (2) | 図2 | 図3 | 図1 |
| (3) | 図3 | 図1 | 図2 |
| (4) | 図1 | 図3 | 図2 |
| (5) | 図3 | 図2 | 図1 |
(b) 次の文章①，②及び③は，それぞれのバイアス回路における周囲温度の変化とその増幅特性の関係について述べたものである。
① 温度上昇により IB が増加すると，増幅特性が安定しないバイアス回路の図は （ア） である。
② 温度上昇により IB が増加すると IE も増加する。他方，VB は一定であるから VBE が減少するので，増幅特性が最も安定するバイアス回路の図は （イ） である。
③ （ウ） のバイアス回路は，温度上昇により IB が増加すると，RC の電圧降下でコレクタ・エミッタ間の電圧 VCE が抑えられ，増幅特性が安定する。回答
回答
(3)-(4)
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