第三種電気主任技術者・2024年度 上期・理論

2024年度 上期 理論 問8

図のように、二つのLC直列共振回路 A, B があり、それぞれの共振周波数が fAf_A [Hz], fBf_B [Hz] である。これら A, B をさらに直列に接続した場合、全体としての共振周波数が fABf_{AB} [Hz] になった。fAf_A 及び fABf_{AB} の大小関係として、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
(図:回路Aは LL と CC。回路Bは 2L2L と CC)

2024年度 上期 理論 問8の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2024年度 上期 理論 問8

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正答:(3)

要点

正解は(3)。各回路の共振周波数は f=1/(2πLC)f=1/(2\pi\sqrt{LC}) で決まります。A と B をさらに直列につなぐと、インダクタンスは加算され、コンデンサは直列合成で小さくなるので、その結果を fAf_A と比べれば大小関係が判断できます。

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正解は(3)です。
この問題では、A・B 単体の LCLC 積と、直列接続後の合成 LCLC 積を比べるのがポイントです。

共振周波数は f=12πLCf = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}} で決まります。
回路A: fA=12πLCf_A = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}
回路B: インダクタンスが 2L2L なので、fB=12π2LC=12fA≈0.707fAf_B = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{2LC}} = \dfrac{1}{\sqrt{2}}f_A \approx 0.707 f_A
直列接続 (A+B):
全体のインダクタンス Ltotal=L+2L=3LL_{total} = L + 2L = 3L
全体の静電容量 Ctotal=C⋅CC+C=C2C_{total} = \dfrac{C \cdot C}{C+C} = \dfrac{C}{2}
全体の共振周波数 fAB=12π3L⋅C2=12π1.5LC=11.5fA≈0.816fAf_{AB} = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{3L \cdot \frac{C}{2}}} = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{1.5LC}} = \dfrac{1}{\sqrt{1.5}}f_A \approx 0.816 f_A

大きさの比較:
fB(0.707)<fAB(0.816)<fA(1.0)f_B (0.707) < f_{AB} (0.816) < f_A (1.0)
よって、fB<fAB<fAf_B < f_{AB} < f_A となります。
以上より、選択肢(3)が正解です。

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