【一陸技 過去問解説】令和5年1月期 第1回「無線工学の基礎」全25問のテーマと解き方

このページは、第一級陸上無線技術士「無線工学の基礎」令和5年(2023年)1月期 第1回(全25問)の解説です。

試験問題そのもの(問題文・選択肢)は、著作権の関係で転載していません。代わりに、各問が「どんなテーマを問うているか」を要約し、その概念と解き方を解説しています。実際の問題は、日本無線協会が公開している過去問でご確認ください。

科目全体の攻略法は無線工学の基礎 攻略、勉強の進め方は独学合格ロードマップをどうぞ。

各問には「令和5年1月期1回 基礎 A-1」のような通し番号を付けています。今後ほかの年度・回の解説が増えると、同じテーマの問題どうしを「関連」でリンクしていきます。

この回(令和5年1月期 第1回)の他科目の解説:無線工学A無線工学B法規

目次

A-1 電界中の荷電粒子の運動

要約:一様な電界の中へ斜めに打ち込まれた電子の運動を扱う問題。電界方向には力を受け、直角方向には力が働かないとして、速度成分や最高到達点の座標を求める。

解説:電界E中で電荷eが受ける力はF=eE、加速度はa=eE/m。打ち込み速度を電界方向と直角方向に分解すると、直角方向は等速、電界方向は等加速度(減速)運動になる。あとは放物運動と同じで、電界方向の速度がゼロになる時刻から最高点の座標が求まる。力学の等加速度運動と電界の力F=eEを結びつけるのがポイント。

関連分野:静電気・電界中の運動(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-2 電流がつくる磁界の合成

要約:円形コイルの中心の磁界と、少し離れた無限長直線電流がつくる磁界を合成し、中心点での磁界の強さを求める問題。

解説:円形コイル中心の磁界はH=I/(2r)、無限長直線電流の磁界はH=I/(2πd)。それぞれの向き(紙面の内外)を考え、ベクトルとして合成する。公式を覚えているかと、向きを正しく扱えるかが問われる。

関連分野:電流と磁界(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-3 コンデンサの電界分担と絶縁破壊

要約:平行平板コンデンサに誘電体を挿入したとき、空気層が絶縁破壊する電圧がどう変わるかを問う問題。

解説:誘電体と空気層は直列コンデンサとみなせる。直列では電荷が共通で、各層の電界は誘電率に反比例して分担される。比誘電率の大きい層には電界が集中せず、空気層に多くかかる。空気層の破壊電界の条件から、挿入後に空気層が同じ電界に達する全体電圧を逆算する。直列コンデンサの電圧分担がカギ。

関連分野:静電容量・誘電体(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-4 電磁誘導と渦電流

要約:磁極の間で金属円板を回転させたとき、円板に流れる渦電流(うず電流)の向きを問う問題。

解説:動く導体が磁界を横切ると起電力が生じて電流が流れる。その電流はレンツの法則で「運動を妨げる向き」になる。磁束が変化する領域でどちら向きに渦電流が回るかを図で判断する。アラゴの円板の原理。

関連分野:電磁誘導(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-5 合成抵抗(対称回路)

要約:複数の抵抗が組まれた回路で、端子から見た合成抵抗を求める問題。

解説:一見複雑でも、対称性やブリッジの平衡条件を使うと簡単になることが多い。平衡したブリッジでは中央の抵抗に電流が流れず無視でき、対称な点は同電位とみなして回路を畳める。直並列計算の前に、まず対称性を探すのがコツ。

関連分野:直流回路・合成抵抗(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-6 交流の位相差と有効電力

要約:電圧と電流の瞬時値の式が与えられ、両者の位相差と回路で消費される有効電力を求める問題。

解説:まずcosとsinを同じ関数にそろえて位相を比較する。位相差θが分かれば、有効電力はP=VIcosθ(V・Iは実効値)。最大値を√2で割って実効値に直すのを忘れないこと。三角関数の位相の扱いが要。

関連分野:交流回路・電力(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-7 直列共振回路

要約:直列共振回路の共振周波数、尖鋭度Q、共振曲線の半値幅(帯域幅)を求める問題。

解説:共振周波数はfr=1/(2π√(LC))、尖鋭度はQ=(1/R)√(L/C)、半値幅はB=fr/Q。L・C・Rを入れて順に計算する。共振の三点セット(fr・Q・B)の関係を覚えていれば確実に取れる。

関連分野:共振回路(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-8 インピーダンスのベクトル軌跡

要約:R-L並列回路で角周波数を0から∞まで変えたとき、インピーダンスが描く軌跡を問う問題。

解説:並列回路はアドミタンスY=1/Zで考えると見通しがよい。ωを変えるとYが直線上を動き、その逆数Zは円弧を描く。ω=0とω=∞での端点を押さえると軌跡の形が絞れる。複素数とベクトル軌跡の感覚が問われる。

関連分野:交流回路・ベクトル軌跡(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-9 可変容量ダイオード

要約:可変容量ダイオード(バリキャップ)の図記号と、逆方向電圧を大きくしたときの空乏層・静電容量の変化を問う問題。

解説:PN接合に逆電圧をかけると空乏層が広がる。空乏層はコンデンサの間隔に相当するので、広がると静電容量は小さくなる。逆電圧↑→空乏層↑→容量↓、の流れを押さえる。この電圧で容量が変わる性質を同調回路に使う。

関連分野:半導体素子(ダイオード)(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-10 トランジスタのh定数とy定数

要約:トランジスタのhパラメータ(エミッタ接地)をyパラメータに変換する式を問う問題。

解説:hパラメータもyパラメータも、トランジスタを4端子回路として表す定数。定義式(入出力の電圧・電流の関係式)を連立し、一方を他方で表す。丸暗記より定義式から変換を導ける方が確実で、等価回路の理解が要る。

関連分野:トランジスタ・等価回路(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-11 FETの図記号と伝達特性

要約:電界効果トランジスタ(FET)の図記号と伝達特性の組合せから、誤っているものを選ぶ問題。

解説:FETには接合型とMOS型があり、N/Pチャネルで特性の向きが変わる。図記号(矢印の向き)と、しきい値・特性曲線の向きが整合しているかを照合する。素子の種類ごとの特性を整理しておくこと。

関連分野:半導体素子(FET)(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-12 各種半導体素子

要約:バリスタ・サーミスタ・ホール素子が、それぞれ何の変化に応じて何が変わる素子かを問う問題。

解説:バリスタは電圧で抵抗が変わる、サーミスタは温度で抵抗が変わる、ホール素子は磁界で起電力が生じる。素子名と「入力→変化する量」をセットで覚える暗記問題。

関連分野:半導体素子(センサ系)(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-13 エミッタ接地増幅回路の増幅度

要約:トランジスタのエミッタ接地増幅回路で、電圧増幅度を求める問題。

解説:簡易等価回路で、入力インピーダンスhie・電流増幅率hfe・負荷抵抗から増幅度を出す。電圧増幅度の大きさはおおむねhfe×(負荷抵抗)/hie。与えられた値を代入する。hパラメータの意味と簡易式を押さえる。

関連分野:増幅回路(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-14 ラダー型D-A変換回路

要約:演算増幅器を使ったラダー(梯子)型D-A変換回路で、スイッチを切り替えたときの出力電圧を求める問題。

解説:R-2Rラダーは各ビットが出力に1/2、1/4…と重みづけで効く構造。反転増幅器の式とラダーの分圧を組み合わせて出力を出す。どのビットがONかで重みが決まる。DACの重みづけと反転増幅の理解が要る。

関連分野:オペアンプ・D-A変換(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-15 倍電圧整流回路

要約:ダイオードとコンデンサを使った整流回路で、各コンデンサにかかる電圧を求める問題。

解説:倍電圧整流ではコンデンサが交流のピーク(最大値=実効値×√2)まで充電され、段を重ねると電圧が加算される。実効値100Vならピークは約141V。回路構成から各コンデンサがピークの何倍まで充電されるかを追う。整流とピーク値の関係がカギ。

関連分野:整流回路・電源(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-16 論理回路と真理値表

要約:与えられた真理値表と異なる動作をする論理回路を選ぶ問題。

解説:真理値表(入力AB→出力X)を読むと、入力が一致したとき1になる動作(XNOR)。各選択肢の回路の出力を真理値表に起こして照合し、一致しないものを選ぶ。基本ゲートの動作を正確に追えるかが問われる。

関連分野:論理回路・ディジタル(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-17 電流計の挿入誤差

要約:内部抵抗のある電流計を回路に入れて測ると生じる誤差率を求め、誤差を一定以下にする条件を問う問題。

解説:電流計の内部抵抗RAが回路に加わると電流が本来より減る。誤差率は(真値−測定値)/真値で定義し、RとRAで表す。これを基準値未満に収める条件をRAについて解く。測定器が回路に与える影響を定量化する問題。

関連分野:測定(誤差)(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-18 電圧計の直列接続

要約:内部抵抗と最大目盛の異なる電圧計2個を直列にしたとき、合わせて測れる最大電圧を求める問題。

解説:直列なので両計に同じ電流が流れる。各電圧計は「最大目盛÷内部抵抗」で最大電流が決まり、小さい方が全体の上限を決める。その電流で両計にかかる電圧の和が、測れる最大電圧。内部抵抗と最大目盛の関係を押さえる。

関連分野:測定(電圧計)(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-19 交流ブリッジによるインダクタンス測定

要約:交流ブリッジ回路を使って、コイルの自己インダクタンスLと抵抗Rを求める方法を問う問題。

解説:ブリッジ平衡条件(対辺のインピーダンスの積が等しい)を立て、複素数の式を実部・虚部に分けると、RとLが回路定数で表せる。マクスウェルブリッジなどの平衡条件の立て方がカギ。複素インピーダンスの計算に慣れておく。

関連分野:測定(交流ブリッジ)(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

A-20 体積抵抗率の測定(ガード電極)

要約:絶縁物の体積抵抗率を測る回路で、保護電極(ガード)の接続先と役割、抵抗率の式を問う問題。

解説:絶縁物では表面を流れる漏れ電流が誤差になる。リング状のガード電極を設け、表面漏れ電流を電流計を通らない経路へ逃がすことで、体積方向の電流だけを測る。抵抗率は測定値と電極の面積・厚さから求める。ガードの目的の理解が要。

関連分野:測定(絶縁・抵抗率)(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

B-1 回転コイルの誘導起電力

要約:一様磁界中でコイルを回転させたとき生じる誘導起電力について、式・最大値・周波数を問う問題。

解説:誘導起電力はe=−dφ/dt(巻数N倍)。鎖交磁束がφ=NBScosωtなら、微分してe=NBSω・sinωt。最大値はNBSω、周波数はω/2π。発電機の原理そのもの。磁束を時間で微分する流れを押さえる。

関連分野:電磁誘導・交流発生(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

B-2 RL直列回路の過渡現象

要約:抵抗とコイルの直列回路で、スイッチを入れた瞬間・十分後・途中の電流、そして時定数を問う問題。

解説:コイルは電流の急変を嫌うので、t=0では電流0、十分後はV/R。途中はi=(V/R)(1−e^(−Rt/L))で立ち上がる。L/Rが時定数で、この時刻に最終値の約63%に達する。指数関数的な過渡応答の典型。

関連分野:過渡現象・時定数(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

B-3 マイクロ波電子管(マグネトロン)

要約:図の構造のマイクロ波用電子管の名称や、電界と磁界の関係、用途を問う問題。

解説:空洞共振器と永久磁石をもつこの構造はマグネトロン。陽極-陰極間に直流電圧をかけ、電界と磁界が直交する作用空間で電子を回転させて発振する。周波数は空洞共振器の寸法で決まる。レーダーや電子レンジの発振源。構造と各部の役割を覚える。

関連分野:電子管・マイクロ波デバイス(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

B-4 発振回路の発振条件

要約:トランジスタを使った発振回路の構成例から、発振が可能か不可能かを判定する問題。

解説:発振にはループ利得が1以上で、正帰還(位相条件)を満たす必要がある。各構成で帰還の向きとリアクタンスの符号(ハートレー/コルピッツの条件)を確認する。発振の振幅条件と位相条件を回路ごとに当てはめる。

関連分野:発振回路(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

B-5 ひずみ波の実効値と計器指示

要約:基本波と第3高調波からなるひずみ波電流を、熱電対形と整流形の電流計で測ったときの指示値を問う問題。

解説:熱電対形は真の実効値を指示する。ひずみ波の実効値は各成分の実効値の二乗和の平方根。整流形は平均値を実効値目盛で読むため正弦波前提で校正されており、ひずみ波では誤差が出る。実効値・平均値・波形率の理解が要る。

関連分野:ひずみ波・計器指示(同分野の過去問が増え次第、ここにリンクを追加します)

まとめ

令和5年1月期1回の基礎は、力学・静電気・磁気・回路・半導体・測定までまんべんなく出ています。どれも原理を押さえれば解ける問題なので、テーマごとに「なぜそうなるか」を理解しておくのが近道です。科目全体の進め方は無線工学の基礎 攻略へ。

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