第78回 午前65画像・図表
定電流源を用いた電源回路を図に示す。 P 点の対地電位［V］はどれか。
正答と見分け方
正答：3
節点 P に流入・流出する電流の釣り合いから求める。P の電位を V とすると、16 V 電源と 2 Ω を通じ P へ流入する電流は (16−V)/2、1 Ω を通じ流出は V/1、定電流源が 5 A 引き出す。(16−V)/2=V+5 を解くと V=2 V。
- 0
- 1
- 2
- 3
- 5
医用工学
医用工学は、電気・電子回路、半導体、デジタル技術、計測、そして医療機器の安全管理を扱う分野である。診療放射線技師国家試験では、オームの法則やRLC回路の計算、半導体・オペアンプ・論理回路の性質、機器分類や安全設計の考え方が繰り返し問われる。基本法則を数式とともに理解し、計算問題を確実に処理できることが得点の鍵となる。
電荷・電界と静電容量
電荷Qがつくる空間の性質を表すのが電界E（電気力線）である。電気力線は正電荷から出て負電荷に入り、その密度は電界の強さを表す。電気力線の接線方向が電界の向きと一致し、導体表面には垂直に出入りする。ガウスの法則により、電荷Qから出る電気力線の総数はQ/ε（真空ならQ/ε0）本である。
電位差は単位電荷あたりの仕事量として定義され、V=W/Qで表される（単位はV=J/C）。平等電界中では電位差は距離に比例し、V=E・dとなる。点電荷による電界強度は距離の2乗に反比例する。
コンデンサ（キャパシタ）は電荷を蓄える素子で、電荷は電位差に比例しQ=CVで表される。静電容量Cの単位はファラド（F）で、C=Q/VよりA・s・V^-1に等しい。平行板コンデンサの容量はC=ε・A/d（Aは極板面積、dは極板間距離、εは誘電率）で与えられ、面積に比例し距離に反比例する。誘電体を挟むと比誘電率倍だけ容量が増える。
抵抗Rを通じてコンデンサCを直流電圧Vで充電すると、端子電圧はv(t)=V(1−e^(−t/RC))に従って上昇する。積RCを時定数τといい、時間τを経過した時点で最終値Vの約63.2％に達する。τが大きいほど充電はゆるやかになる。
国試ポイント: 電気力線の「向き（接線方向）」が電界方向であって垂直方向ではない、という引っかけが頻出。C=εA/dの比例関係（Aに比例・dに反比例）を式ごと覚える。RC回路の時定数τ=RCでは約63％到達を押さえる。
電流・抵抗と直流回路
オームの法則V=IRが基本である。抵抗の直列接続では合成抵抗は各抵抗の和、並列接続では逆数の和の逆数となる。直並列回路では、まず並列部分をまとめてから直列計算し、全電流を求める。消費電力はP=VI=I^2R=V^2/Rで表される。
抵抗線を電源につないだときの消費電力はP=V^2/Rで決まるため、同じ抵抗線でも電圧を2倍にすると電力は4倍になる。電力量はエネルギーであり、電力×時間（kW・h）で計算する。
電圧計の測定範囲を広げるには、内部抵抗Rvに直列に倍率器Rmを入れる。測定範囲をn倍に拡大するときRm=(n-1)Rvとなる。ブリッジ回路は、検流計の振れが0（平衡）になったとき相対する辺の抵抗の積が等しいという条件から未知抵抗を求める。
国試ポイント: 直並列回路は「並列を先にまとめる」手順を徹底する。倍率器はRm=(n-1)Rv、P=V^2/Rの2乗依存（電圧2倍で電力4倍）は計算問題の定番。
交流回路とRLC・共振
正弦波交流では、実効値は最大値の1/√2、平均値（半周期）は最大値の2/πである。したがって実効値と平均値の比はπ：2√2となる。
コイル（インダクタL）の誘導リアクタンスはXL=2πfL、コンデンサ（容量C）の容量リアクタンスはXC=1/(2πfC)である。誘導リアクタンスは周波数に比例し、容量リアクタンスは周波数に反比例する。RLC直列回路のインピーダンスはZ=√(R^2+(XL-XC)^2)で求め、抵抗の電圧や電流はI=V/Zから計算する。
コイルとコンデンサが共振するとXL=XCとなり、共振周波数はf=1/(2π√(LC))で表される。共振時にはリアクタンス成分が打ち消し合い、直列回路ではインピーダンスが最小になる。
交流電力ではP=VIcosφ（cosφは力率、φは電圧と電流の位相差）が消費電力を表す。抵抗は電圧と電流が同相、コイルは電流が電圧より90度遅れ、コンデンサは電流が90度進む。
国試ポイント: XL=2πfL、XC=1/(2πfC)、f=1/(2π√(LC))の3式は必修。RLC直列はZ=√(R^2+(XL-XC)^2)で、まずインピーダンスを出してから電流・電圧を求める。
電磁誘導と変圧器
コイルを貫く磁束が変化すると誘導起電力が生じる。ファラデーの法則よりV=-N・(dΦ/dt)で、巻数Nと磁束の時間変化率に比例する。自己インダクタンスはN・(dΦ/dt)=L・(dI/dt)の関係から求められる。
変圧器は電磁誘導を利用して電圧を変換する装置で、一次・二次の電圧比は巻数比に等しい。損失には鉄損と銅損がある。鉄損はヒステリシス損と渦電流損からなり鉄心で生じる無負荷損である。銅損は巻線抵抗による損失で負荷電流の2乗に比例する。電圧一定で周波数が低下すると磁束密度が増加して鉄損（特にヒステリシス損）は増加し、負荷電流一定なら銅損は変わらない。変圧器の絶縁油には、対流冷却のため粘度が低く、引火点・比熱・絶縁耐力が大きく化学的に安定な性状が求められる。
国試ポイント: 鉄損＝無負荷損（磁束密度に依存）、銅損＝負荷電流の2乗に比例、という区別が問われる。絶縁油は「粘度が低い」が正しい（高いは誤り）。
半導体・ダイオード・トランジスタ
真性半導体では絶対零度で価電子帯が満たされ伝導帯は空帯、禁制帯にキャリアはなく、フェルミ準位は禁制帯のほぼ中央にある。温度が上がると電子が伝導帯へ励起され、自由電子と正孔が同数生じる。
不純物を加えた不純物半導体では、5価元素（ヒ素・リンなど、ドナー）を添加するとn形、3価元素（アクセプタ）を添加するとp形になる。n形ではフェルミ準位が伝導帯寄りになる。pn接合では拡散により空乏層と電位障壁（拡散電位）が形成され、これがダイオードの整流作用の基礎となる。ダイオードの整流回路では、正弦波交流入力のうち半波整流は正の半周期だけを通し負の半周期を0にするのに対し、全波整流は負の半周期を折り返して常に正の出力とする。
導電率σ、キャリア濃度n、電荷量e、移動度μの間にはσ=neμの関係がある。IGBT（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）はMOSFETのゲート構造とバイポーラトランジスタの低オン抵抗を組み合わせた3端子素子で、ゲート電圧でコレクタ電流を制御でき、スイッチング速度はバイポーラより速くMOSFETより遅い。
国試ポイント: 5価→n形、3価→p形（ヒ素はドナーでn形）。σ=neμの計算、IGBTは「バイポーラより速い」が正しい点に注意。
オペアンプと増幅回路
演算増幅器（オペアンプ）は反転・非反転入力を持ち、負帰還をかけて増幅回路を構成する。反転増幅回路の電圧利得は-Rf/Rin（Rfは帰還抵抗、Rinは入力抵抗）で、出力は入力と逆位相になる。加算増幅回路では各入力電圧に対応した項の和が出力される。
増幅度をデシベルで表すと、電圧利得G[dB]=20log10(Vo/Vi)である。利得20dBは電圧比10倍、40dBは100倍に対応する。増幅器を直列接続（多段）すると、全体の利得（dB）は各段の利得（dB）の和になる。
国試ポイント: G[dB]=20log10(電圧比)。20dB=10倍、40dB=100倍は暗記。反転増幅は利得-Rf/Rin、多段接続はdBを足し算で処理する。
論理回路とデジタル
基本論理演算はAND（論理積）、OR（論理和）、NOT（否定）で、これらを組み合わせてNAND・NOR・XOR（排他的論理和）などを構成する。XORは2入力が異なるとき1、同じとき0を出力する。NANDはAND出力を反転したもので、2入力がともに1のときのみ0となる。真理値表から論理演算の種類を判定する問題が頻出する。
2入力A・Bに対する各ゲートの出力をまとめると次のようになる（NOTは入力Aのみを反転）。NANDはANDの反転、NORはORの反転であり、出力パターンを対比して覚えるとよい。
| A | B | AND | OR | NOT A | NAND | NOR | XOR |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
数の表現では、2進数・10進数・16進数の相互変換が問われる。16進数の1桁は2進数4桁に対応し、例えば16進数の2Aは10進数で42、2進数で0010 1010となる。2進数どうしの乗算やブール代数による論理式の簡単化も出題される。
AD変換器はアナログ電圧をデジタル値へ変換する回路で、逐次比較型やカウンタ型などがある。
国試ポイント: XOR＝入力が異なるとき1。真理値表から演算名を答える問題は、AND/OR/NAND/NOR/XORの出力パターンを対比して覚える。16進1桁＝2進4桁の対応で変換を素早く行う。
計測とコンピュータ・機器安全
コンピュータの5大機能は演算・記憶・制御・入力・出力で、CPUは演算・制御、SSDやRAMは記憶、CRTやプリンタは出力、キーボードは入力を担う。
医療機器の安全設計では、フールプルーフは誤った操作自体をできなくして誤操作を事前に防止する仕組み、フェイルセーフは故障や誤操作が起きても安全側に動作する仕組みを指す。両者の違いを問う設問が定番である。医薬品医療機器等法（薬機法）では医療機器をリスクに応じて分類し、設置に専門管理を要する機器を設置管理医療機器（例：移動型X線装置）、保守点検に専門知識を要する機器を特定保守管理医療機器（例：X線CT装置）に指定している。
国試ポイント: フールプルーフ＝事前防止（誤操作をさせない）、フェイルセーフ＝故障時に安全側、の対比を必ず区別する。設置管理／特定保守管理医療機器の代表例も押さえる。
頻出ポイント
- オームの法則V=IR、消費電力P=VI=I^2R=V^2/R（電圧2倍で電力4倍）。
- 実効値＝最大値の1/√2、平均値＝最大値の2/π。
- XL=2πfL（周波数に比例）、XC=1/(2πfC)（周波数に反比例）、共振f=1/(2π√(LC))。
- RLC直列のインピーダンスZ=√(R^2+(XL-XC)^2)。
- 変圧器：鉄損＝無負荷損、銅損＝負荷電流の2乗に比例。絶縁油は粘度が低い。
- 半導体：5価元素→n形、3価元素→p形。導電率σ=neμ。IGBTはバイポーラより高速。
- オペアンプ：G[dB]=20log10(電圧比)、20dB＝10倍、40dB＝100倍。
- 論理：XORは入力が異なるとき1。16進1桁＝2進4桁。
- 安全：フールプルーフ（事前防止）とフェイルセーフ（故障時に安全側）の区別。
共振・過渡現象
- 直列共振では誘導リアクタンスと容量リアクタンスが等しくなり、合成インピーダンスが最小、電流が最大となる。
- 並列共振では枝電流が打ち消し合い、入力から見た合成インピーダンスが最大、電源電流が最小となる。
- RC回路の時定数はτ=RC、RL回路の時定数はτ=L/Rである。約1τで最終値の約63%まで変化する。
- コンデンサの充放電とコイルの電流変化は瞬時には起こらない。
波形整形・真空管
- クリッパ・リミッタ回路は一定レベルを超える波形を制限する。
- クランプ回路は波形の形を保ったまま直流レベルを移動する。
- 微分回路は入力の変化部分を強調し、積分回路は入力を時間的に平滑化する。
- 二極真空管は整流、三極真空管は格子電圧による増幅に利用できる。
半導体効果
- pn接合ダイオードは順方向で電流が流れ、逆方向ではほとんど流れない。
- Zenerダイオードは逆方向降伏領域を定電圧用途に用いる。
- LEDは電子と正孔の再結合で発光し、フォトダイオードは光を電流へ変換する。
- Hall効果は電流と垂直な磁場により横方向へ電位差が生じる現象で、磁場測定などに利用する。
- Seebeck効果は異種金属接点の温度差から起電力が生じ、Peltier効果は電流により接点で吸熱・発熱する。
増幅回路
- 負帰還は利得を下げる一方、利得安定化、帯域拡大、ひずみ低減に役立つ。
- 正帰還は発振に利用されるが、過大になると増幅器が不安定になる。
- 理想オペアンプは入力インピーダンス無限大、出力インピーダンス0、開ループ利得無限大とする。
- 反転増幅器は位相が反転し、利得は-Rf/Rin。非反転増幅器の利得は1+Rf/Rin。
- 加算器、減算器、積分器、微分器の回路構成と入出力関係を図で対応させる。
国試画像・図表
この科目の画像・グラフ・表を使う問題を全て掲載しています（画像・グラフ・図表 40問）。図が複数ページに分かれている問題も省略していません。画像はタップで拡大できます。正答は最初は隠してあり、「正答と見分け方」を開くと学習用のWebP図と全選択肢を確認できます。
画像・グラフ・図表（40問）
第78回 午前66画像・図表
正弦波交流回路の電圧波形 （ ）と電流波形 （ ）を図に示す。 消費電力［W］に最も近いのはどれか。
正答と見分け方
正答：3
図から電圧 e(t) の振幅は 8 V、電流 i(t) の振幅は 5 A、両波形の位相差は 60 度である。平均消費電力 P=(1/2)Vm Im cosθ=(1/2)×8×5×cos60°=10 W。
- 0
- 5
- 10
- 20
- 40
第78回 午前67画像・図表
図の回路で、時刻 t = 0 で vi に 20 mV の直流電圧を加えたとき、t = 3 s における出力電圧 vo［V］に最も近いのはどれか。 ただし、演算増幅器は理想的な特性を有する。
正答と見分け方
正答：2
図は積分回路で、出力は vo=−(1/CR)∫vi dt。理想演算増幅器で、20 mV の一定入力を 3 s 積分した結果、時定数から vo≒−3 V となる。
- − 5
- − 3
- 0
- 3
- 5
第78回 午後65画像・図表
図 A の単パルス vi を図 B の回路に入力したとき、図 C の出力波形 vo が得られた。 抵抗 R ［kΩ］に最も近いのはどれか。
正答と見分け方
正答：2
図Bのコンデンサと抵抗からなる回路では、単パルス入力に対する出力voの過渡応答の時定数τ=CRとなる。図Cの波形から読み取れる時定数と既知の容量Cから R=τ/C を求めると約3kΩとなる。
- 1
- 3
- 5
- 10
- 30
第76回 午前75画像・図表
交流電源の起電力の時間的変化を図に示す。 この交流電源を 0.10 µF のコンデンサに接続したとき流れる電流の最大値［mA］ に最も近いのはどれか。
正答と見分け方
正答：5
波形の周期は2 ms（f=500 Hz）、最大電圧100 V。容量リアクタンスXc=1/(2πfC)=1/(2π×500×0.10×10⁻⁶)≈3.2 kΩ。電流最大値Imax=100/3183≈31 mA。
- 2
- 3.9
- 7.9
- 16
- 31
第76回 午前76画像・図表
二極管の電圧と電流の関係を図に示す。 この二極管を 1 kΩ の抵抗に直列に接続して 80 V の電圧を加えたとき流れる電流［mA］はどれか。
正答と見分け方
正答：2
負荷線 Vd＋I×1 kΩ＝80 V〔(80 V, 0)〜(0, 80 mA)〕と二極管特性曲線の交点を読む。交点はVd=50 V・I=30 mAである。
- 20
- 30
- 40
- 50
- 60
第76回 午前77画像・図表
演算増幅回路を図に示す。 出力電圧 out が−10 V のとき負帰還抵抗 ［kΩ］ f はどれか。
正答と見分け方
正答：1
反転加算回路であり出力電圧 Vout＝−Rf×(6/1＋3/1＋1/1)＝−Rf×10（kΩ単位）。Vout＝−10 VよりRf=1 kΩ。
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
第76回 午後76画像・図表
図に示すブリッジの検流計 G の振れが 0 になったときの抵抗 ［Ω］はどれか。
正答と見分け方
正答：4
平衡条件 300/10=60/(6∥R) より 6∥R=2 Ω。(6R)/(6+R)=2 を解いてR=3 Ω。
- 0.3
- 0.5
- 2.0
- 3.0
- 8.3
第76回 午後77画像・図表
図に示す平行平板コンデンサの静電容量［pF］はどれか。 ただし、極板間の誘電率 ε は 5.0 × 10⁻¹¹ F･m⁻¹ とする。
正答と見分け方
正答：3
極板面積A=5×10 mm²=50×10⁻⁶ m²、間隔d=5×10⁻³ m。C=εA/d=5.0×10⁻¹¹×50×10⁻⁶/(5×10⁻³)=5×10⁻¹³ F=0.5 pF。
- 0.1
- 0.2
- 0.5
- 1.0
- 5.0
第75回 午前75画像・図表
AD 変換器の回路図を示す。 正しいのはどれか。 ただし、Vi は入力電圧、−Vr は基準電圧である。
正答と見分け方
正答：5
積分器(オペアンプ+コンデンサ)・コンパレータ・カウンタ・クロック・ゲートで構成される積分(二重積分)型AD変換器。
- 全ビットの比較を逐次的に行う。
- 並列比較型の AD 変換器である。
- ビデオ信号の高速 AD 変換に適する。
- スタートパルス信号を加えると S2 がオンになる。
- キャリーが与えられるとカウンタはリセットされる。
第75回 午前76画像・図表
平均値が 2 mA のパルス電流を図に示す。 パルスの周波数［Hz］はどれか。
正答と見分け方
正答：2
振幅5mA・パルス幅20msで、平均2mAよりデューティ比=2/5=0.4。周期=20ms/0.4=50ms、周波数=1/0.05=20Hz。
- 10
- 20
- 30
- 50
- 100
第75回 午前77画像・図表
下図に示す回路の R3 に流れる電流 ［A］はどれか。 ただし、R1 は 20 Ω、R2 は 10 Ω、R3 は 30 Ω、R4 は 15 Ω とする。
正答と見分け方
正答：1
R3とR4は並列で30·15/45=10Ω、これにR2(10Ω)が直列で20Ω。端子電圧120Vより枝電流120/20=6A、並列部電圧6×10=60V、R3電流=60/30=2A。
- 2
- 4
- 6
- 10
- 12
第75回 午後46画像・図表
図に示す回路を表す演算はどれか。
正答と見分け方
正答：2
スイッチA・Bが並列接続され、いずれかがONでランプが点灯する。真理値表もOFF/OFFのみ非点灯で論理和(OR)。
- 論理積演算
- 論理和演算
- 否定論理積演算
- 否定論理和演算
- 排他的論理和演算
第75回 午後76画像・図表
二極真空管の回路図を示す。 電池 E の起電力が 200 V、 抵抗 R が 20 kΩ のとき、陽極電流（プレート電流）は 7.5 mA であった。 図の A 点を電位の基準にとり 0 とするとき、B 点の電位［V］はどれか。
正答と見分け方
正答：4
抵抗Rの電圧降下=7.5mA×20kΩ=150V。管の陽極-陰極間電圧=200−150=50V。陰極側A点を0とすれば陽極B点は+50V。
- ＋ 200
- ＋ 150
- ＋ 100
- ＋ 50
- − 150
第75回 午後78画像・図表
図の回路で電圧増幅度 o/ i はどれか。
正答と見分け方
正答：4
オペアンプの非反転増幅回路の電圧増幅度を問う問題。非反転増幅の利得はA_v=1+Rf/Rin(Rfは帰還抵抗、Rinは入力抵抗)で与えられる。図の抵抗比からRf/Rin=40となり、A_v=1+40=41となる。反転増幅(利得−Rf/Rin)と異なり「+1」が付く点が要点である。
- 1
- 11
- 40
- 41
- 401
第74回 午前75画像・図表
図 A の回路に図 B のような波形の正弦波交流電圧 v[V]を抵抗 R = 10 Ω に加えたとき、流れる電流の瞬時値[A]を表す式はどれか。 ただし、電流の周波数を 100 Hz とする。
正答と見分け方
正答：1
抵抗Rのみの回路では電流は電圧と同相で、瞬時値i=v/R。周波数100 Hzより角周波数ω=2π×100=200π rad/s。図Bの電圧波形（最大値と位相）から、R=10 Ωを用いてi=(vの最大値/10)sin(200πt＋位相)を求めると選択肢1の式となる。
- 10sin(200πt−π/6)
- 10sin(200πt＋π/6)
- 10√2sin(100πt＋π/6)
- (10/√2)sin(100πt−π/6)
- (10/√2)sin(200πt＋π/6)
第74回 午前76画像・図表
第74回 午後45画像・図表
論理演算表を図に示す。 入力出力 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 論理回路で正しいのはどれか。
正答と見分け方
正答：1
両入力が1のときのみ出力0となるので NAND。
- NAND
- NOR
- 否定
- 論理積
- 論理和
第74回 午後75画像・図表
2 つの増幅器を直列に接続した回路を図に示す。増幅器 1 の電圧増幅度は 10 とする。入力電圧 Vi の値として 0.2 mV の信号を加えたとき、出力電圧 Vo の値は 0.2 V であった。増幅器 2 の電圧利得［dB］はどれか。
正答と見分け方
正答：3
全体の増幅度=Vo/Vi=0.2V/0.2mV=1000。増幅器1が10なので増幅器2は100=20log₁₀100=40dB。
- 10
- 20
- 40
- 50
- 60
第74回 午後76画像・図表
図のような抵抗の直並列回路に 100 V の直流電圧を加えたとき、流れる電流 I ［A］はどれか。
正答と見分け方
正答：4
抵抗の直並列回路にオームの法則を適用する問題。まず並列部分を合成し、直列部分と足して全合成抵抗を求め、I=V/R_total で全電流を計算する。100 Vを加えたときの電流は2.4 Aとなる（選択肢4）。
- 1.3
- 1.9
- 2.0
- 2.4
- 3.2
第74回 午後77画像・図表
平行板コンデンサを図Aに示す。これを図Bのように電極間距離l[m]を半分にし、比誘電率εrが3の誘電体を入れたとき、静電容量[F]は何倍になるか。ただし、ε0は真空中の誘電率とする。
正答と見分け方
正答：4
C=ε₀εrA/d より,電極間距離を1/2にすると2倍,εr=3で3倍,計6倍。
- 1
- 2
- 4
- 6
- 9
第74回 午後78画像・図表
図 A の回路で図 B の入出力波形を得たとする。 正しい関係はどれか。
正答と見分け方
正答：1
CR回路（微分・積分回路）の入出力波形から時定数CRと入力周期Tの関係を判定する。図Bの波形が入力にほぼ追従する（波形がなまらない）ことから、時定数CRは周期Tより十分小さい必要があり、CR＜T が正しい（選択肢1）。
- CR ＜ T
- CR = T
- CR = 1/T
- CR ＞ T
- CR ＞＞ T
第73回 午前75画像・図表
直流チョッパ回路の基本構成図で正しいのはどれか。 ただし、スイッチング素子 S のオン時の動作時間を t1、オフ時の動作時間を t2 とする。
正答と見分け方
正答：5
直流チョッパ回路の基本構成を問う。降圧チョッパでは、スイッチSがオフの間、環流ダイオードDが負荷（R）に電流を流し続ける（フリーホイール動作）。出力平均電圧はVO=E・t1/(t1+t2)でスイッチング周期・オン比に依存する。正しい記述は選択肢5。
- 昇圧チョッパ回路である。
- VO は E と極性が反対になる。 E
- t2 = 3t1 のとき VO の平均値はとなる。 3
- VO の平均値は S のスイッチング周期に関係しない。
- D は S がオフのときに R に電流を流す働きをする。
第73回 午前76画像・図表
図 A の回路の電源に図 B の電圧波形を加えたとき、抵抗 R1を流れる電流 i（t）の波形に最も近いのはどれか。
正答と見分け方
正答：3
回路（RやRC等）に図Bの電圧波形を加えたとき抵抗R1を流れる電流波形を選ぶ問題。回路の時定数と素子構成から、入力電圧に対する電流の立ち上がり・減衰を追うと、電流i1(t)の波形は選択肢③に最も近い。
- ①
- ②
- ③
- ④
- ⑤
第73回 午前77画像・図表
図の回路で、二次側抵抗で生じるジュール熱が最も低いのはどれか。 ただし、一次電圧、巻線比および抵抗値はすべて同一とする。
正答と見分け方
正答：2・3
本来は「最も低いのはどれか」と1つを選ぶ設問だが、b と c のジュール熱が同等に最小となるため、採点上はこの2つが正解として扱われた。一次電圧・巻線比・抵抗値が同一のとき、二次側抵抗で生じるジュール熱 P=I²R（=V²/R）を各回路で比較する。
- a
- b
- c
- d
- e
第73回 午後75画像・図表
正弦波交流回路の電圧波形 v と電流波形 i を図に示す。 消費電力［W］に最も近いのはどれか。
正答と見分け方
正答：1
電圧振幅15V・電流振幅10A、電流のi(0)≈−8.66から位相差は約60°。消費電力P=(15/√2)(10/√2)cos60°=75×0.5≈38W。
- 38
- 65
- 75
- 130
- 150
第73回 午後78画像・図表
下図のオペアンプ回路で、入力電圧 V1 = 5 V、V2 = 3 V、抵抗 R1 = 2 Ω、 R2 = 3 Ω、R3 = 6 Ω としたとき、出力電圧 VO［V］はどれか。
正答と見分け方
正答：1
加算・差動を含むオペアンプ回路の出力電圧を求める。V1=5 V, V2=3 V, R1=2 Ω, R2=3 Ω, R3=6 Ωを回路の入出力関係式に代入して計算すると、出力VOは−21 V となる（選択肢1）。
- ⁻21
- ⁻19
- 13
- 19
- 21
第72回 午前5画像・図表
変圧器の等価回路を図に示す。 ・ ・ 励磁アドミタンス Y0 を無視して二次側に換算したとき、二次側電圧 V2 を示す式はどれか。 ただし、a は巻線比とする。 ・ ・
正答と見分け方
正答：3
図は変圧器の等価回路。励磁アドミタンスY0(I0)を無視するとI1'=I1、二次電流はI2=I1/a。一次側の抵抗・リアクタンスは二次へa²倍で換算され、電圧降下分を差し引いてV2=aV1−(a²r1+r2+j(a²x1+x2))(I1/a)となる。
- aV1 ＋ {a2r1 ＋ r2 ＋ j(a2x1 ＋ x2)}aI1
- aV1 ＋ {a2r1 ＋ r2 ＋ j(a2x1 ＋ x2)}a2I1
- aV1 − {a2r1 ＋ r2 ＋ j(a2x1 ＋ x2)}(I1/a)
- aV1 − {r1 ＋ a2r2 ＋ j(x1 ＋ a2x2)}(I1/a)
- aV1 ＋ {a2r1 ＋ r2 ＋ j(a2x1 ＋ x2)}(I1/a)
第72回 午前45画像・図表
図 A の論理回路に図 B の波形 a と b をそれぞれ入力するとき、出力波形 c として正しいのはどれか。
正答と見分け方
正答：3
AND・OR・NAND等の論理ゲートに波形a・bを入力したときの出力波形cを求める問題。各時刻でa・bの論理値からゲート出力を計算し、時間軸に沿って波形を描くと、出力cは選択肢ウに一致する。
- ア
- イ
- ウ
- エ
- オ
第72回 午前76画像・図表
図の回路に L = 0.5 H のコイルと R = 100 Ω の抵抗が直列につながれ、電圧の実効値 Ve = 100 V、周波数 f = 50 Hz の正弦波交流電源がつながれているとき、 抵抗の両端の電圧〔V〕に最も近いのはどれか。
正答と見分け方
正答：3
コイルのリアクタンスはXL=2πfL=2π×50×0.5≈157Ωであり、インピーダンスZ=√(R²+XL²)=√(100²+157²)≈186Ωとなる。電流I=Ve/Z≈0.537Aより、抵抗両端の電圧VR=I×R≈54Vとなり、選択肢中55Vに最も近い。
- 35
- 45
- 55
- 65
- 75
第72回 午前77画像・図表
図のように極板面積 A の平行板キャパシタ（コンデンサ）の極板距離のうち d1 が比誘電率 ε1、残りの d2 が比誘電率 ε2 の誘電体で満たされている。 このキャパシタの電気容量（静電容量）C を表す式はどれか。 ただし、電気定数（真空の誘電率）は ε0 とする。 ε1 ε2 ε0 A
正答と見分け方
正答：4
誘電体が2層に分かれた平行板コンデンサは、厚さd1（比誘電率ε1）と厚さd2（比誘電率ε2）の2つのコンデンサの直列接続とみなせる。各層の容量C1=ε0ε1A/d1、C2=ε0ε2A/d2 で、直列合成 1/C=1/C1+1/C2 より C=ε0A/(d1/ε1+d2/ε2) となる。選択肢4が対応する。
- d1 ＋ d2 d1 ＋ d2
- ε1 ε2 ε0 A ε0 A
- ε 1/d1 ＋ ε 2/d2 ε0 A
- d1/ε 1 ＋ d2/ε 2 ε 1/d1 ＋ ε 2/d2
- ε0 A
第72回 午後75画像・図表
抵抗、切り替えスイッチ及び電流計を図のように接続して直流電圧 60 V を加えたときの、スイッチ S の位置と電流計の指示値との関係を次の表に示す。 抵抗 R3［Ω］はどれか。 ただし、電流計の内部抵抗は無視できるものとする。 S の位置電流計の指示値［A］ 開放 1.0 ① 側 1.8 ② 側 3.0
正答と見分け方
正答：2
スイッチ位置ごとの電流計指示から抵抗を求める問題。開放時（S開）に流れる電流1.0 Aから直列合成抵抗が求まり、①側・②側で並列に入る抵抗が変わることで電流が1.8 A・3.0 Aに増える。これらの連立からRを解くとR=20 Ωとなる。
- 15
- 20
- 30
- 45
- 60
第72回 午後77画像・図表
図のオペレーションアンプ回路の出力電圧 Vout はどれか。
正答と見分け方
正答：3
図のオペアンプ回路（非反転増幅）の出力電圧を求める問題。非反転増幅回路の利得は1+Rf/R であり、出力はVout=(1+Rf/R)Vin となる。選択肢3の Vin(1+Rf/R) 形が正しい。
- Vin(−Rf/Ri)
- Vin(−Ri/Rf)
- Vin(1＋Rf/Ri)
- Vin(1−Rf/Ri)
- Vin(1＋Ri/Rf)
第71回 午前46画像・図表
真理値表を示す。 対応する論理演算はどれか。 入力 A 入力 B 出力 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0
正答と見分け方
正答：4
正答は4の排他的論理和（XOR）である。示された真理値表は、入力AとBが異なる値のときに出力1、同じ値のときに出力0となっており、これは排他的論理和の定義そのものである。
- 論理否定
- 否定論理積
- 否定論理和
- 排他的論理和
- 否定排他的論理和
第71回 午後75画像・図表
図 A の回路の a − b 間に正弦波交流電圧を加えたときの合成インピーダンスの周波数特性を図 B に示す。 抵抗 R[kΩ]、誘導リアクタンス L[mH]及び静電容量 C[μF]に最も近い値の組合せはどれか。 R L C
正答と見分け方
正答：2
直列RLC。共振時にインピーダンスは最小=Rで、図Bの最小値は約0.2 kΩ→R=0.2。低周波側(100 Hz)で約6 kΩ=1/(ωC)からC≒0.25 μF。共振周波数約2 kHzと整合するL≒25 mH。
- 0.2 0.25 25
- 0.2 25 0.25
- 0.25 0.2 25
- 0.25 25 0.2
- 25 0.25 0.2
第71回 午後76画像・図表
図の回路で、スイッチ S を閉じてから 4.6 ms 後の回路電流 I が1mA であった。 コンデンサの静電容量 C[μF]はどれか。 ただし、loge10 = 2.3 とする。
正答と見分け方
正答：5
RC直列回路の充電電流はI(t)=(V/R)·e^(−t/RC)。図よりV=10V、R=1kΩなのでV/R=10mA。t=4.6ms後にI=1mAとなることから、e^(−t/RC)=1mA/10mA=1/10。両辺の自然対数をとりt/RC=logₑ10=2.3。よってRC=4.6ms÷2.3=2.0ms。C=RC/R=2.0×10⁻³÷(1×10³)=2.0×10⁻⁶F=2μF。
- 0.1
- 0.2
- 0.4
- 1
- 2
第71回 午後78画像・図表
図 A の回路に図 B の電圧 vi を入力するとき、出力電圧 vo はどれか。
正答と見分け方
正答：1
入力波形viに対する回路（微分・積分・整流等）の出力voを問う波形選択問題。回路の時定数と素子構成から、入力の立ち上がり・立ち下がりに対する応答を追うと、出力波形は選択肢アに一致する。
- ア
- イ
- ウ
- エ
- オ
第70回 午前77画像・図表
変圧器とコンデンサの回路を図に示す。 変圧器の1次側に 200 V の正弦波交流電圧を加えたとき、ダイオード D にかかる逆電圧の最大値[V]はどれか。 ただし、1次側と2次側の変圧器の巻数比は1：2とする。
正答と見分け方
正答：5
半波整流+平滑コンデンサ回路。二次側は巻数比により400V(実効値)で、コンデンサは正の半サイクルで尖頭値400√2Vに充電される。負の半サイクルでダイオードには電源尖頭値とコンデンサ電圧が直列に加わり、逆電圧最大は2×400√2=800√2V。
- 200
- 200√2
- 400
- 400√2
- 800√2
第70回 午後77画像・図表
オペアンプ回路を図に示す。 電圧利得が 20 dB のときの抵抗 R[kΩ]はどれか。
正答と見分け方
正答：3
反転増幅回路で電圧利得20dB=10倍。反転増幅の利得はR/5kΩ=10より、R=50kΩ。
- 0.25
- 0.50
- 50
- 100
- 500
第70回 午後78画像・図表
二極真空管の特性曲線を図に示す。 領域 A について正しいのはどれか。2つ選べ。
正答と見分け方
正答：3・4
二極真空管の特性で領域Aは陽極電圧が負〜零付近でもわずかに陽極電流が流れる範囲。熱電子の初速度により電子が陽極へ到達するためで、負の陽極電圧領域を含む。
- 飽和領域である。
- 空間電荷領域である。
- 電子の初速度が関係している。
- 負の陽極電圧が印加されている。
- 陽極電圧と陽極電流は正比例している。
国試での出題（年度別）
この科目はデータのある年度で計 70 問。番号をタップで問題へ。解いた記録は緑／赤の枠で残り、右上の青点は解説ありです。