概要:
正弦波交流回路の基本法則や諸定理を学習し,これらを用いた回路網解析法の習得を目的とする。電気回路は2年次からの継続として,2年間で完成する。基本的な回路の周波数特性,過渡現象などについても学習し,電気回路に関する知識,理解を深める。
授業の進め方・方法:
授業は毎回,前半を学習項目についての講義にあて,後半は,回路計算法を習得するための例題・演習にあてる。演習が終了しない場合は,宿題とし,期限を決めて提出させる。
注意点:
本科目は、電気回路基礎,プロジェクト実習,応用数学A,などと関連する。2学年科目の微分積分皿,代数幾何,物理Hの知識、特に,三角関数,対数,行列,微分・積分,複素数などの知識が必要である。他の多くの科目と継続されるので,基礎知識をしっかり身につけることが重要である。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
ガイダンス,交流回路の基礎,および回路要素の直列,並列接続 |
正弦波交流について,R,L,C素子における正弦波交流電圧と電流の関係を説明できる。そして,周波数,位相,平均値,実効値,瞬時値の計算ができる。また,フェーザ表示,複素数表示を用いて,直列・並列接続の交流回路の計算ができる。加えて,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。
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2週 |
直列接続,並列接続 交流回路の電力 |
瞬時値,フェーザ表示,複素数表示を用いて より複雑な直並列接続の交流回路の計算に用いることができる。 また,交流回路で消費される有効電力 皮相電力,力率を説明し,これらを計算できる。
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3週 |
Y-△変換,△-Y変換 キルヒホッフの法則 |
交流回路網にY-△変換,△-Y変換を適用し,回路要素の電流・電圧を計算できる。また,交流回路網にキルヒホッフの法則を適用し,回路要素の電流・電圧を計算できる。
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4週 |
重ねの理 テブナンの定理 |
交流回路網に重ねの理を適用し,回路要素の電流・電圧を計算できる。また,交流回路網にテブナンの定理を適用し,回路要素の電流・電圧を計算できる。
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5週 |
交流回路網まとめ |
複雑な交流回路網に諸定理を適用し,電流・電圧を自在に計算できる。
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6週 |
前期中間試験 |
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7週 |
前期中間試験の解説
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8週 |
交流回路の周波数特性 |
簡単な回路についてその周波数特性を求めることができる。また,RL,RC回路についてその周波数特性やフェーザ軌跡を求めることができる。
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2ndQ |
9週 |
フィルタ回路 |
簡単な低域通過フィルタ,高域通過フィルタを設計できる。
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10週 |
共振回路 |
直列共振回路の計算ができ,フェーザ軌跡を求めることができる。また,共振回路の現象について理解し,共振周波数や半値幅,Q値を計算できる。
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11週 |
誘導結合回路 |
電磁気学の現象論に基づき,相互誘導を説明できる。 また,相互誘導回路の計算ができる。
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12週 |
変圧器 |
鉄心の有無による相互誘導回路の振舞を理解し,変圧器回路の計算ができる。さらに,理想変圧器を説明し,計算できる。
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13週 |
過渡現象第1回 |
過渡現象の概念を説明でき,RL直列回路の単エネルギー回路の直流応答を計算し,過渡応答の特徴および時定数を計算できる。また,RC直列回路等の単エネルギー回路の直流応答を計算し,過渡応答の特徴および時定数を計算できる。
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14週 |
過渡現象第2回 |
パルス波形の微分・積分の計算および作図ができる。
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15週 |
前期末試験 |
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16週 |
前期末試験の解説 |
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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 | 導体と不導体の違いについて、自由電子と関連させて説明できる。 | 3 | |
オームの法則から、電圧、電流、抵抗に関する計算ができる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
ジュール熱や電力を求めることができる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
オームの法則を説明し、電流・電圧・抵抗の計算ができる。 | 3 | |
キルヒホッフの法則を用いて、直流回路の計算ができる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
ブリッジ回路を計算し、平衡条件を求められる。 | 3 | |
電力量と電力を説明し、これらを計算できる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
平均値と実効値を説明し、これらを計算できる。 | 3 | |
正弦波交流のフェーザ表示を説明できる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
瞬時値を用いて、交流回路の計算ができる。 | 3 | |
フェーザ表示を用いて、交流回路の計算ができる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
キルヒホッフの法則を用いて、交流回路の計算ができる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
直列共振回路と並列共振回路の計算ができる。 | 3 | |
相互誘導を説明し、相互誘導回路の計算ができる。 | 3 | |
理想変成器を説明できる。 | 3 | |
交流電力と力率を説明し、これらを計算できる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
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。 | 3 | |
重ねの理を用いて、回路の計算ができる。 | 3 | |
テブナンの定理を回路の計算に用いることができる。 | 3 | |
電力 | 三相交流における電圧・電流(相電圧、線間電圧、線電流)を説明できる。 | 3 | |
電源および負荷のΔ-Y、Y-Δ変換ができる。 | 3 | |
対称三相回路の電圧・電流・電力の計算ができる。 | 3 | |
変圧器の原理、構造、特性を説明でき、その等価回路を説明できる。 | 3 | |
計測 | 指示計器について、その動作原理を理解し、電圧・電流測定に使用する方法を説明できる。 | 3 | |
倍率器・分流器を用いた電圧・電流の測定範囲の拡大手法について説明できる。 | 3 | |
電圧降下法による抵抗測定の原理を説明できる。 | 3 | |
ブリッジ回路を用いたインピーダンスの測定原理を説明できる。 | 3 | |
情報系分野 | その他の学習内容 | オームの法則、キルヒホッフの法則を利用し、直流回路の計算を行うことができる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
分流・分圧の関係を適用し、実験結果を考察できる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
重ねの理を適用し、実験結果を考察できる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
共振について、実験結果を考察できる。 | 3 | |