単相交流27【電験3種理論】ダイオードのクリッパ回路で図の出力波形が得られる回路を選ぶ！平成30年度 A問題13 完全解説

2026年7月12日2026年8月3日

電験3種理論科目電気回路（単相交流）平成30年度 A問題13 波形の頭が切り取られた！このクリッパ回路はどれ？

今回は平成30年度理論科目 A問題13を解説します。ダイオードD・抵抗R・直流電源Eからなるクリッパ回路に正弦波電圧v_i＝V_msinωtを入力したとき、図1の出力波形v_oが得られる回路を、図2の(a)〜(e)から選ぶ問題です。

クリッパ回路はダイオードのオン・オフで波形の一部を「切り取る」回路です。図1はv_iがEより低い区間で出力がE一定、Eより高い区間でv_o＝v_iとなる「下側クリップ」。各回路でダイオードの導通条件を調べます。

平成30年度理論科目 A問題13：問題文と選択肢

まずは、平成30年度に実際に出題された問題文と選択肢を確認しましょう。

電験3種理論科目単相交流平成30年度 A問題13 問題文 — 平成30年度理論科目 A問題13 問題文

出典：一般財団法人電気技術者試験センター「平成30年度第三種電気主任技術者試験」理論科目 A問題13

電験3種理論科目【電気回路（単相交流）】平成30年度 A問題13

　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_i＝V_msinωt〔V〕（ただし、V_m＞E＞0）を入力したときの出力電圧v_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、ω〔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0V、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0Aとする。

（1）(a),(e)　（2）(b),(d)　（3）(a),(d)　（4）(b),(c)　（5）(c),(e)

図1　入力v<sub class= — 図1　入力v_iに対する出力電圧v_oの波形（問題図）

出題のポイント：2点だけ調べれば波形が決まる

クリッパ回路は、ダイオードのオン・オフで波形の一部を切り取る回路です。「入力が十分大きいとき」と「十分小さいとき」の2点だけ調べれば、波形が決まります。

図1の波形は「下側クリップ」です。$v_i>E$ の区間では $v_o=v_i$、$v_i<E$ の区間では $v_o=E$ で一定——$E$ より下が切り落とされています。

ダイオードの理想モデル

$$\text{順方向に導通：}\;v_D=0\;(\text{短絡})\qquad\text{逆方向：}\;i_D=0\;(\text{開放})$$

※導通していれば短絡、していなければ開放——2つの状態しかないので、それぞれで回路を書き換えて考えます。

平成30年度理論A問題13の出題ポイント。入力正弦波viに対し、出力voはviがEより大きい区間でvi、Eより小さい区間でEとなる下側クリップ波形で、vo=max(vi,E)と表せることを示す図。 — 出題のポイント。図1はEより下を切り取る下側クリッパで、出力は常にE以上です。

判定の手順：どの回路でも使える4ステップ

ステップ	調べること
❶	$v_i$ が十分大きいとき（$v_i\gg E$）、ダイオードは導通するか
❷	$v_i$ が十分小さいとき（$v_i\ll E$）、ダイオードは導通するか
❸	導通しているとき、出力はどこにつながるか（$E$ か 0 か）
❹	導通していないとき、$v_i$ がそのまま出るか

この4点を確認すれば、どの回路でも波形が決まります。ダイオードが導通している区間では出力が固定され、導通していない区間では入力がそのまま出る——これがクリッパの基本動作です。

図1の波形から逆算すると、「$v_i<E$ のときにダイオードが導通して出力を $E$ に固定する」回路を探せばよいことになります。

クリッパ回路のポイント解説。公式図(a)は入力がEより高いときダイオードオン、低いときオフ、公式図(d)は入力がEより低いときオン、高いときオフとなり、どちらも下側クリップ波形を得ることを示す正確な回路図。 — ポイント解説。直列形(a)とシャント形(d)はオン・オフの役割が逆でも、同じ下側クリップ波形を作ります。

答え(a) と (d)　→　選択肢(3)

問題の解説1枚目。最大値VmがEより大きくEが正である入力正弦波について、入力がEより高ければ出力は入力、低ければ出力はEと読み、必要なスイッチ動作を導く図。 — 問題の解説1/2。まず図1を場合分けし、回路に必要なオン・オフ動作を確定します。

問題の解説2枚目。公式問題図(a)と(d)のオン・オフ条件を表で確認し、いずれもviがE以上ならvo=vi、viがE未満ならvo=Eとなるため、該当回路は(a)と(d)、正答3と判断する図。 — 問題の解説2/2。公式図(a)と(d)はいずれも vo=max(vi,E) を満たすため、正答は(3)です。

なぜ2つの回路が同じ波形になるのか

ダイオードの向きと $E$ の極性の組合せで4通りあります。そのうち2つずつが同じ波形になります。

ダイオードの向き	$E$ の極性	動作	波形
順方向が上向き	正	$v_i<E$ で導通	下側クリップ
順方向が下向き	正	$v_i>E$ で導通	上側クリップ
順方向が上向き	負	$v_i>-E$ で導通	上側クリップ
順方向が下向き	負	$v_i<-E$ で導通	下側クリップ

「ダイオードを裏返す」と「$E$ の極性を反転する」は、どちらも動作を反転させます。両方を同時に行うと元に戻る——だから2つずつペアになるのです。

回路図が5つ与えられているので、そのうち2つが正解という構成になっています。1つ見つけたら、「もう1つは反転の反転」という視点で探すと効率的です。

⚠️ よくある間違い
「切り取られる側」と「残る側」を取り違えないでください。ダイオードが導通している区間で出力が固定される＝その区間が切り取られる——導通していない区間では入力がそのまま通ります。

深掘り①：クリッパとクランパの違い

ダイオードを使った波形整形回路には、クリッパとクランパがあります。混同しやすいので整理しておきましょう。

	クリッパ（リミッタ）	クランパ（直流再生回路）
働き	波形の一部を切り取る	波形全体を上下に移動させる
使う素子	ダイオード＋抵抗＋（直流電源）	ダイオード＋コンデンサ
波形の形	変わる（頭が平ら）	変わらない（位置だけ移動）
用途	過電圧保護、波形整形	直流成分の付加

クリッパは形が変わり、クランパは形が変わらない——これが最大の違いです。クランパは「レベルシフタ」とも呼ばれ、波形をそっくり平行移動させます。

クリッパは保護回路としてよく使われます。入力に過大な電圧が来たとき、ダイオードが導通して電圧を制限——後段の回路を守ります。

深掘り②：理想ダイオードと実際のダイオード

本問は「順電流時の端子間電圧0 V、逆電圧時の電流0 A」という理想モデルを仮定しています。実際のダイオードとは違います。

	理想ダイオード	実際のダイオード（シリコン）
順方向電圧	0 V	約0.6〜0.7 V
逆方向電流	0 A	わずかに流れる（漏れ電流）
逆耐圧	無限大	有限（超えると降伏）
切り替わり	瞬時	時間がかかる（逆回復時間）

実際のクリッパでは、クリップされるレベルが $E$ より0.6 V ほど高く（または低く）なります。順方向電圧の分だけずれるからです。

試験では理想モデルで考えますが、実務ではこの0.6 V が効いてきます。精度が必要な用途では、演算増幅器を使った「精密ダイオード」回路が使われます。

💡 覚え方
「導通している区間は出力が固定、していない区間は入力がそのまま」——これがクリッパのすべてです。2点だけ調べれば波形が決まります。

⏱️ 本番での進め方
❶ 2点だけ調べる。$v_i$ が十分大きいときと小さいとき。
❷ 導通なら短絡、非導通なら開放。回路を書き換えて考える。
❸ 波形から逆算する。「どの区間で固定されているか」を見る。
❹ 2つずつペアになる。ダイオード反転と $E$ 反転で元に戻る。

この分野はほぼ毎年どこかで出題されます。手を動かして解ける状態にしておけば、本番で確実に得点できます。

まとめ

図1の波形	v_i＜EでE一定・v_i＞Eでv_o＝v_i（下側クリップ）
動作	並列のD＋E直列でv_iが低いとき導通
該当回路	(a)と(d)
答え	(3)