半導体21【電験3種 理論】ダイオードのクリッパ回路の電圧-電流特性（V-Iグラフ）を判別する！平成24年度 A問題13 完全解説

今回は平成24年度 理論科目 A問題13を解説します。抵抗R₁とダイオードからなるクリッパ回路に負荷R₂（＝2R₁）を接続した回路で、入力電圧VとR₁に流れる電流Iの関係（V-I特性）を表すグラフを選ぶ問題です。

ダイオードが導通するか遮断するかで回路の合成抵抗が変わり、V-I特性の傾きが折れ曲がります。V>0ではダイオードが導通してI=V/R₁、V<0では遮断されてI=V/(R₁+R₂)=V/3R₁となる点がポイントです。

出題のポイント

平成24年度 理論科目 A問題13：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 理論科目 【電子理論（半導体等）】 平成24年度 A問題13

　図は、抵抗R₁[Ω]とダイオードからなるクリッパ回路に、負荷となる抵抗R₂[Ω]（＝2R₁[Ω]）を接続した回路である。入力直流電圧V[V]とR₁[Ω]に流れる電流I[A]の関係を示す図として、最も近いものを選ぶ。

　ただし、順電流が流れているときのダイオードの電圧は0[V]とし、逆電圧が与えられているダイオードの電流は0[A]とする。

入力直流電圧V[V]とR₁[Ω]に流れる電流I[A]の関係を示す図（V-I特性）として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、順電流が流れているときのダイオードの電圧は0[V]、逆電圧が与えられているときのダイオードの電流は0[A]とする。

（1）原点を通る1本の直線（正負とも同じ傾き）。
（2）V<0ではI=0（横軸に沿う）、V>0では正の傾きの直線。
（3）原点から左右とも上昇するV字形（|V|に比例）。
（4）V<0で急な傾き、V>0で緩やかな傾きの折れ線。
（5）V<0で緩やかな傾き、V>0で急な傾きの折れ線。

ポイント解説：ダイオードの導通/遮断で傾きが変わる折れ線（V>0が急）

ダイオードは節点（R₁の右側）を上向き（アノード上・カソード下）に接続され、R₂と並列。V>0のとき節点は正になりダイオードは順方向で導通する。ダイオードの電圧は0Vなので節点電圧は0となり、R₂には電圧がかからず電流はすべてダイオードを流れる。よってI＝V/R₁（傾き1/R₁、急）。

V<0のときは節点が負でダイオードは逆電圧となり遮断（電流0）。よって電流はR₁とR₂の直列を流れ、I＝V/(R₁+R₂)＝V/(R₁+2R₁)＝V/(3R₁)（傾き1/(3R₁)、緩やか）。したがってV>0で急・V<0で緩やかな折れ線となり、正解は(5)。

問題の解説

STEP1　V>0（ダイオード導通）

節点電圧＝0Vに固定され、R₂に電流は流れない。I＝V/R₁。傾きは1/R₁で急。

STEP2　V<0（ダイオード遮断）

ダイオードは逆電圧で電流0。R₁とR₂が直列。I＝V/(R₁+R₂)＝V/(3R₁)。傾きは1/(3R₁)で緩やか。

STEP3　グラフの形と結論

原点を通り、V>0側が急・V<0側が緩やかな折れ線。これは(5)。よって(5)。

答え：(5)

まとめ

V>0	ダイオード導通・I=V/R₁（急）
V<0	ダイオード遮断・I=V/3R₁（緩）
グラフ	V>0急・V<0緩の折れ線
答え	(5)

▼あわせて解きたい関連問題
・各種ダイオードのバイアス（半導体8）：【理論】令和4年度下期 A問題11