電気回路Ⅱ

Electric Circuits II

専門教育科目

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工学部

2年

HETBK2MCA1

2単位

講義 (Lecture)

2024年度前期

堀田 育志

工学研究科

日本語

目標4／目標9

随時・B棟406室

hotta@eng.u-hyogo.ac.jp

3◎／4◎／5◎

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【講義目的】
電気回路の応答を理解するには、定常状態の応答だけではなく、電源の状態や回路定数などが変化した直後に生じる過渡状態の応答についても理解しておく必要がある。そこで、単エネルギー回路（LR回路、CR回路）または複エネルギー回路（LC回路、LCR回路）の基本回路について、回路方程式を立てることができ、またその回路方程式を微分方程式の直接解法およびラプラス変換を使って解けるようになることを目指す。さらに、回路方程式を解くことによって、過渡状態にある回路の電圧、電流、電力の時間変化と、指定された時間における電力量を求める方法を身に付ける。また、ステップ関数、インパルス関数、方形波関数、傾斜関数の関係を理解するとともに、それらの入力に対する回路システムの過渡応答を理解する。以上の学習を通して、過渡現象を考慮した回路設計が行える人材を育成する。

【達成目標】
過渡現象の影響が最大となる電圧印加直後の状態とそれから十分な時間が経過した定常状態と見なせる状態における回路の挙動を理解していること。単エネルギー回路（LR回路、CR回路）または複エネルギー回路（LC回路、LCR回路）の基本回路について、回路方程式を立てることができ、またその回路方程式を微分方程式の直接解法およびラプラス変換を使って解くことができる。回路方程式を解くことによって、過渡状態にある回路の電圧、電流、電力の時間変化と、指定された時間における電力量を求めることができる。ステップ関数、インパルス関数、方形波関数、傾斜関数の関係を理解しており、またそれらの入力に対する回路システムの過渡応答を求めることができる。回路設計において、過渡現象が重要になる事例の知識を有している。

【講義内容】
電気回路Ⅰおよび電気回路演習に関連する科目である。講義では、それらの科目で学習してきた回路の定常状態での振る舞いと、電源状態や回路定数などが変化した直後に生じる過渡状態での振る舞いが全く異なることを説明する。単エネルギー回路（LR回路、CR回路）または複エネルギー回路（LC回路、LCR回路）の基本回路について、キルヒホッフの法則に則った回路方程式の立て方とその解法について説明し、過渡状態にある回路の電圧、電流、電力の時間変化と、指定された時間における電力量の求め方を解説する。回路方程式を解く手法の一つであるラプラス変換については、フーリエ級数展開の拡張という考え方、sパラメータの物理的意味、この手法を用いる利点について説明を行う。講義の終わりに演習問題を出題し、理解度の確認を行う。

【授業計画】
　１．イントロダクション
　２．RL直列直流回路の過渡応答
　３．RL並列直流回路の過渡応答
　４．RC直列直流回論の過渡応答
　５．LC直列直流回路の過渡応答
　６．LCR直列直流回路の過渡応答（１）
　７．LCR直列直流回路の過渡応答（２）
　８．交流回路の過渡応答（１）、中間評価
　９．交流回路の過渡応答（２）  
１０．ラプラス変換の説明
１１．ラプラス変換を使用した微分方程式の解法
１２．ラプラス変換を使用した回路解析
１３．ステップ関数、インパルス関数、傾斜関数、方形波関数
１４．ステップ応答とインパルス応答の応用
１５．演習問題の解説および回路シミュレータを用いた回路解析（パソコンを使用。備考欄を参照。）
定期試験

生成系AIの利用：
生成系AIの利用については教員の指示に従うこと。生成系AIによる出力結果をそのまま課題レポートとして提出してはいけない。生成系AIによる出力をそのまま提出したことが判明した場合は単位を認定しない、又は認定を取り消すことがある。

教員が配布する資料をテキストとする。

「電気回路」（金原粲監修　実教出版）

【予習】授業に際して指示する配布講義資料の事前読み込み（20ｈ）
【復習】講義中に出題する演習問題のレポート作成（20ｈ）、講義内容の理解を深め定着させるために配布講義資料の読み直しとノート作成（20ｈ）

採用しない。

中間評価（30点）、定期試験（50点）、演習問題レポート（10点）、出席（10点）の合計点により、S（90点以上）、A（80点以上）、B（70点以上）、C（60点以上）による成績評価のうえ、単位を付与する。

演習問題は、第15回の講義にて解説する。講義中に自筆ノートの確認を行い、講義内容への取り組み具合を確認する。中間評価および定期試験は、答案の返却または掲示にて結果を開示する。

電気回路Ⅰと電気回路基礎の内容を理解しておくこと。

該当しない。

糸綴じの大学ノートで、自筆ノートの確認の際に表紙へ「確認済」朱印の押印が可能なものを持参する。ルーズリーフ、リングノート等、ページが脱落する恐れがあるノートは不可。「１５．演習問題の解説および回路シミュレータを用いた回路解析」の講義では、回路シミュレータを用いた回路解析の手法を説明するため、パソコンを持参しておくことが望ましい。