電験三種 平成30年度(2018) 理論 問13 過去問解説
図1は，ダイオードD，抵抗値 $R$[Ω]の抵抗器，及び電圧 $E$[V]の直流電源からなるクリッパ回路に，正弦波電圧 $v_{\mathrm{i}} = V_{\mathrm{m}}\sin\omega t$[V]（ただし，$V_{\mathrm{m}} \gt E \gt 0$）を入力したときの出力電圧 $v_{\mathrm{o}}$[V]の波形である。図2(a)〜(e)のうち図1の出力波形が得られる回路として，正しいものの組合せを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
ただし，$\omega$[rad/s]は角周波数，$t$[s]は時間を表す。また，順電流が流れているときのダイオードの端子間電圧は $0\,\mathrm{V}$ とし，逆電圧が与えられているときのダイオードに流れる電流は $0\,\mathrm{A}$ とする。
- (1) (a)，(e)
- (2) (b)，(d)
- (3) (a)，(d)
- (4) (b)，(c)
- (5) (c)，(e)
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正解は(3)
使う公式
理想のダイオード 順方向（三角の向き）に電圧がかかると電流を流し、端子間の電圧は 0 V。逆向きのときは電流 0 A
解説
【考え方】図1の出力は、入力が E より大きいときは入力と同じで、E より小さいときは E のままです。ダイオードがいつ電流を流すかを、回路ごとに考えます。
■1 出力の形を読む
$v_{\mathrm{o}}$ は、$v_{\mathrm{i}}$ と E の大きいほうになっています。
■2 (a)の回路
$v_{\mathrm{i}} \gt E$ のとき、D に順方向の電圧がかかり、電流が流れます。D の電圧は 0 V なので、$v_{\mathrm{o}} = v_{\mathrm{i}}$ です。
$v_{\mathrm{i}} \lt E$ のとき、D は逆向きになり、電流が流れません。R に電流がないので R の電圧は 0 V で、$v_{\mathrm{o}} = E$ です。図1と同じです。
■3 (d)の回路
$v_{\mathrm{i}} \lt E$ のとき、電池から D を通って電流が流れ、出力は E におさえられます（$v_{\mathrm{o}} = E$）。
$v_{\mathrm{i}} \gt E$ のとき、D は逆向きで電流が流れません。R に電流がないので、$v_{\mathrm{o}} = v_{\mathrm{i}}$ です。これも図1と同じです。
(b)(c)(e)は、ダイオードや電池の向きのちがいで、E より上を切り取る形などになり、図1とはちがう波形になります。
答えは(3)ピヨ。
$v_{\mathrm{o}}$ は、$v_{\mathrm{i}}$ と E の大きいほうになっています。
■2 (a)の回路
$v_{\mathrm{i}} \gt E$ のとき、D に順方向の電圧がかかり、電流が流れます。D の電圧は 0 V なので、$v_{\mathrm{o}} = v_{\mathrm{i}}$ です。
$v_{\mathrm{i}} \lt E$ のとき、D は逆向きになり、電流が流れません。R に電流がないので R の電圧は 0 V で、$v_{\mathrm{o}} = E$ です。図1と同じです。
■3 (d)の回路
$v_{\mathrm{i}} \lt E$ のとき、電池から D を通って電流が流れ、出力は E におさえられます（$v_{\mathrm{o}} = E$）。
$v_{\mathrm{i}} \gt E$ のとき、D は逆向きで電流が流れません。R に電流がないので、$v_{\mathrm{o}} = v_{\mathrm{i}}$ です。これも図1と同じです。
(b)(c)(e)は、ダイオードや電池の向きのちがいで、E より上を切り取る形などになり、図1とはちがう波形になります。
答えは(3)ピヨ。
出典：平成30年度（2018） 第三種電気主任技術者試験（電気技術者試験センター）理論 問13