35PM52｜第35回 臨床工学技士国家試験 過去問

正答

3

公式正答は 3 です。正答内容は （図中の選択肢3） です。

この問題のポイント

図2は入力側が抵抗R、帰還側がコンデンサCの反転積分回路です。出力の傾きはdvₒ/dt=−vᵢ/(RC)なので、入力が負の一定値の間は出力が正の傾きで直線上昇し、入力が正の間は負の傾きで直線下降します。

解説

理想演算増幅器の反転入力点は仮想接地で、演算増幅器の入力電流は0です。したがって入力抵抗を流れる電流i=vᵢ/Rは帰還コンデンサへ流れ、vₒ=−(1/RC)∫vᵢdt+初期値となります。図1では0〜t=T/2のvᵢが負の一定値なので、dvₒ/dt=−vᵢ/(RC)>0となり、出力は低い値から一定の傾きで上昇します。t=T/2で入力が正に切り替わるとdvₒ/dt<0となり、Tまで一定の傾きで下降します。よってT/2で頂点をもつ三角波の図3が正答です。

選択肢の確認

選択肢1：（図中の選択肢1）

正答ではありません。 図1は入力と同じ方形波形状で極性だけが反転した波形ですが、帰還素子がコンデンサなので出力は入力の積分となり、直線的に増減します。

選択肢2：（図中の選択肢2）

正答ではありません。 図2も方形波のままであり、入力抵抗と帰還コンデンサから成る反転積分回路の「一定入力を時間積分して傾斜波にする」動作を表していません。

選択肢3：（図中の選択肢3）

正答です。 0〜T/2の負入力で出力が上昇し、T/2〜Tの正入力で出力が下降しています。反転積分式dvₒ/dt=−vᵢ/(RC)の符号と切替時刻T/2の両方に一致します。

選択肢4：（図中の選択肢4）

正答ではありません。 図4は0〜T/2の負入力で出力が下降しており、dvₒ/dt=−vᵢ/(RC)が正になるはずの反転積分回路の極性と逆です。これは非反転の積分を想定した向きです。

選択肢5：（図中の選択肢5）

正答ではありません。 図5はT/2で零交差し、頂点がt=3T/4付近にありますが、入力の符号が切り替わるT/2で出力の傾きが正から負へ変わるため、この時刻が頂点になる必要があります。

覚えるポイント

• 反転積分回路は「出力の傾き=−入力/(RC)」と書くと極性を間違えにくくなります。
• 方形波の一定電圧を積分すると一定傾きの三角波になります。
• 入力の符号がT/2で反転するので、出力の傾きもT/2で反転し、そこが頂点になります。