概要:
交流回路網と等価回路の解析,交流回路の電力,交流回路のキルヒホッフの法則,重ね合わせの理,鳳・テブナンの定理を学習する。
さらに,進んだトピックスとして交流回路の周波数特性,フィルタ回路,共振回路,誘導結合回路,過渡現象,四端子回路などについて学習する。正弦波交流回路の基本法則や諸定理,およびこれらを用いた回路網解析法を修得する。
授業の進め方・方法:
各回の授業では,前半は板書による解説,後半はそれに関する演習を行い,それらの内容及び解答のすべてをノートに確実に記すことを基本とする。
注意点:
正弦波交流の問題を扱う場合は,電圧・電流の複素数表現から瞬時値表現に変換できてはじめて交流回路を理解したといえる。すなわち,瞬時値表現が電圧・電流の実体であって,複素数表現はそこに至る計算手段であることを常に意識すること。
演習については提出の際に口頭でその理解度を確認するので,必ず自分で納得してから提出すること。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
過渡現象1 |
RC回路について,キャパシタの充電・放電,微分方程式,時定数,接線の足の長さ,エネルギー等が理解できる。
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2週 |
過渡現象2 |
同上
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3週 |
過渡現象3 |
過渡現象の直感的解法である一般式(初期値,最終値,時定数)が理解できる。
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4週 |
過渡現象4 |
RL回路について,インダクタの励磁,時定数,スイッチを切るときの現象等が理解できる。
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5週 |
過渡現象5 |
同上
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6週 |
交流回路の電力1 |
瞬時電力,電力の平均値(有効電力),力率が計算できる。
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7週 |
交流回路の電力2 |
無効電力と皮相電力について理解できる。複素電力から,有効電力,無効電力等が計算できる。
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8週 |
前期中間試験答案返却と解説 |
試験の正答について確実に理解できる。
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2ndQ |
9週 |
交流回路の周波数特性1 |
RL,RC,RLC回路のインピーダンス軌跡とアドミタンス軌跡を描くことができる。
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10週 |
交流回路の周波数特性2 |
同上
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11週 |
交流回路の周波数特性3 |
ローパスフィルタ,ハイパスフィルタについて理解できる。
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12週 |
共振回路1 |
RLC直列共振回路の電流の変化,共振周波数,共振時の電流電圧,共振現象の考え方,半値幅,共振の鋭さなどについて理解できる。
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13週 |
共振回路2 |
同上
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14週 |
共振回路3 |
RLC並列共振回路の電圧の変化,並列共振周波数について理解できる。
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15週 |
前期期末試験答案返却と解説 |
試験の正答について確実に理解できる。
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16週 |
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後期 |
3rdQ |
1週 |
結合回路1 |
自己インダクタンスと相互インダクタンスとその違いについて理解でき,結合回路の基本式を導出できる。
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2週 |
結合回路2 |
結合回路の極性が理解でき,T形等価回路を導出し,合成インダクタンスが計算できる。
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3週 |
結合回路3 |
同上
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4週 |
結合回路4 |
理想変成器や整合変圧器の原理について理解できる。
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5週 |
四端子回路1 |
インピーダンス行列(Z行列),アドミタンス行列(Y行列)及び縦続行列(F行列)について,理解することができる。
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6週 |
四端子回路2 |
基本的な回路について,Z行列,Y行列及びF行列を計算できる。
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7週 |
四端子回路3 |
直列,並列及び縦続接続回路について,それぞれZ行列,Y行列及びF行列を計算できる。
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8週 |
後期中間試験答案返却と解説 |
試験の正答について確実に理解できる。
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4thQ |
9週 |
交流回路総合演習1 |
複素電圧・電流,インピーダンス,アドミタンス,実効値,位相角,瞬時値表現等について,確実に計算できる。
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10週 |
交流回路総合演習2 |
同上
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11週 |
交流回路総合演習3 |
交流回路におけるブリッジの平衡条件,重ねの理やテブナンの定理などの各種基本定理を確実に使うことができる。
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12週 |
交流回路総合演習4 |
同上
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13週 |
交流回路総合演習5 |
共振回路,結合回路,四端子回路に関する基本問題の計算を確実にできる。
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14週 |
交流回路総合演習6 |
同上
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15週 |
後期期末試験答案返却と解説 |
試験の正答について確実に理解できる。
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16週 |
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分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
基礎的能力 | 自然科学 | 物理 | 電気 | オームの法則から、電圧、電流、抵抗に関する計算ができる。 | 4 | 前1 |
抵抗を直列接続、及び並列接続したときの合成抵抗の値を求めることができる。 | 4 | 前12,前13,前14 |
ジュール熱や電力を求めることができる。 | 4 | 前6 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電気回路 | 電荷と電流、電圧を説明できる。 | 4 | 前1 |
オームの法則を説明し、電流・電圧・抵抗の計算ができる。 | 4 | 前1 |
キルヒホッフの法則を用いて、直流回路の計算ができる。 | 4 | 後11,後12 |
合成抵抗や分圧・分流の考え方を用いて、直流回路の計算ができる。 | 4 | 後11,後12 |
ブリッジ回路を計算し、平衡条件を求められる。 | 4 | 後11,後12 |
電力量と電力を説明し、これらを計算できる。 | 4 | 前6,前7 |
正弦波交流の特徴を説明し、周波数や位相などを計算できる。 | 4 | 後9,後10 |
平均値と実効値を説明し、これらを計算できる。 | 4 | 後9,後10 |
正弦波交流のフェーザ表示を説明できる。 | 4 | 後9,後10 |
R、L、C素子における正弦波電圧と電流の関係を説明できる。 | 4 | 後9,後10 |
瞬時値を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | 後9,後10 |
フェーザ表示を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | 後9,後10 |
インピーダンスとアドミタンスを説明し、これらを計算できる。 | 4 | 後9,後10 |
キルヒホッフの法則を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | 後11,後12 |
合成インピーダンスや分圧・分流の考え方を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | 後11,後12 |
直列共振回路と並列共振回路の計算ができる。 | 4 | 前12,前13,前14 |
相互誘導を説明し、相互誘導回路の計算ができる。 | 4 | 後1,後2,後3 |
理想変成器を説明できる。 | 4 | 後4 |
交流電力と力率を説明し、これらを計算できる。 | 4 | 前6,前7 |
RL直列回路やRC直列回路等の単エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 4 | 前1,前2,前3,前4 |
RLC直列回路等の複エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 4 | 前12,前13 |
重ねの理を用いて、回路の計算ができる。 | 4 | 後11,後12 |
テブナンの定理を回路の計算に用いることができる。 | 4 | 後11,後12 |
計測 | 有効電力、無効電力、力率の測定原理とその方法を説明できる。 | 4 | 前6,前7 |
分野別の工学実験・実習能力 | 電気・電子系分野【実験・実習能力】 | 電気・電子系【実験実習】 | キルヒホッフの法則を適用し、実験結果を考察できる。 | 4 | 後11,後12 |
分流・分圧の関係を適用し、実験結果を考察できる。 | 4 | 後11,後12 |
ブリッジ回路の平衡条件を適用し、実験結果を考察できる。 | 4 | 後11,後12 |
重ねの理を適用し、実験結果を考察できる。 | 4 | 後11,後12 |
インピーダンスの周波数特性を考慮し、実験結果を考察できる。 | 4 | 前9,前10,前11 |
共振について、実験結果を考察できる。 | 4 | 後13,後14 |