応用情報技術者 2023年 春期 午前2 問22
問題文
図1の電圧波形の信号を、図2の回路に入力したときの出力電圧の波形はどれか。ここで、ダイオードの順電圧は0Vであるとする。
選択肢
ア：（正解）
イ：
ウ：
エ：
図1の電圧波形の信号を図2の回路に入力したときの出力電圧の波形はどれか【午前2 解説】
要点まとめ
- 結論：出力波形は入力の正の半波のみが現れ、負の半波はカットされるため、選択肢アが正解です。
- 根拠：ダイオードは順方向にのみ電流を流し、逆方向は遮断するため、負の電圧は出力に現れません。
- 差がつくポイント：ダイオードの向きと順電圧0Vの条件から、波形のどの部分が出力されるかを正確に理解することが重要です。
正解の理由
選択肢アは、入力の正の半波だけが出力に現れ、負の半波は0Vにクリップされた波形を示しています。図2の回路では、ダイオードが出力側からアース側へ向かっており、順電圧が0Vなので、入力が正のときはダイオードが逆方向にバイアスされて導通しません。したがって、正の電圧は抵抗を通ってそのまま出力に現れます。一方、入力が負のときはダイオードが順方向に導通し、出力はアース電位（0V）に引き下げられます。これにより、負の半波はカットされ、正の半波のみが出力される波形となります。
よくある誤解
ダイオードの向きを誤解し、負の半波が出力に現れると考える受験者が多いです。順電圧0Vの条件を見落とし、ダイオードの動作を正しく理解していないことも原因です。
解法ステップ
- 回路図のダイオードの向きを確認し、どちらが順方向かを判断する。
- 順電圧が0Vであることから、ダイオードの導通条件を考える。
- 入力波形の正負の部分でダイオードが導通するか遮断するかを判定する。
- 導通時は出力が0Vに引き下げられ、遮断時は入力波形がそのまま出力に現れることを理解する。
- これらの条件から出力波形をイメージし、選択肢と照合する。
選択肢別の誤答解説
- イ：負の半波のみが出力されているが、ダイオードの向きからこれはありえません。
- ウ：出力が0Vより上に平坦な線があり、谷形波が現れるのは回路動作と合致しません。
- エ：連続した正の半波が3山も出力されているが、入力波形は2山の正負波であり、波形数が合いません。
補足コラム
この回路は「半波整流回路」と呼ばれ、交流信号の正の半波のみを取り出す基本的な整流回路です。ダイオードの順電圧が0Vと仮定することで理想的な動作を考えられますが、実際は約0.7Vの順電圧降下があります。整流回路は電源回路や信号処理で広く使われる重要な基礎知識です。
FAQ
Q: ダイオードの順電圧が0Vでなければどうなる？
A: 順電圧が約0.7Vあると、正の半波でも0.7V以下の電圧は出力に現れず、波形の立ち上がりが遅れます。
A: 順電圧が約0.7Vあると、正の半波でも0.7V以下の電圧は出力に現れず、波形の立ち上がりが遅れます。
Q: なぜ負の半波は出力に現れないのですか？
A: 負の半波時にダイオードが順方向に導通し、出力端子を0V（アース）に接続するため、出力電圧は0Vにクリップされます。
A: 負の半波時にダイオードが順方向に導通し、出力端子を0V（アース）に接続するため、出力電圧は0Vにクリップされます。
関連キーワード: 半波整流、ダイオード、順電圧、波形整形、電圧波形、回路解析
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