39PM56｜第39回臨床工学技士国家試験過去問

図の回路で V_o［V］はどれか。ただし、ダイオードは理想ダイオードとする。

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正解: 4

正答

この問題では、理想ダイオード回路の出力電圧が問われています。

図では、5 V と 3 V の電源がそれぞれダイオードを介して同じ出力節点 V_o に接続されています。出力節点には抵抗 R が接地方向に接続されています。

理想ダイオードでは、順方向に導通しているときの電圧降下を 0 V と考えます。

図の2つのダイオードは、どちらも左側が入力側、右側が出力節点側になる向きに接続されています。

つまり、

という回路です。

このような回路では、出力節点 V_o は、導通しているダイオードによって入力電圧側へ引き上げられます。

まず、5 V 側を考えます。

理想ダイオードなので、5 V 側のダイオードが順方向に導通すれば、ダイオードの電圧降下は 0 V です。

したがって、

になります。

次に、3 V 側のダイオードを確認します。

V_o が 5 V になっているとき、3 V 側のダイオードは、

となります。

アノードよりカソードの電位が高いため、このダイオードは逆方向バイアスとなり、導通しません。

したがって、出力は 3 V ではなく、5 V になります。

図で見るポイント
2つのダイオードは、5 V と 3 V のうち高い電圧側から出力節点へ電流を流す向きです。

5 V 側のダイオードが導通すると V_o は 5 V になります。このとき 3 V 側のダイオードは逆方向になるため、出力を 3 V に下げることはできません。

ひっかけポイント
5 V と 3 V を足して 8 V と考えてはいけません。2つの電源は直列接続ではなく、それぞれダイオードを介して同じ出力節点に接続されています。

この回路は、高い方の電圧が出力に現れるダイオードOR回路として考えると理解しやすいです。

1．誤り。
−2 V にはなりません。5 V と 3 V の差を符号付きで考える回路ではありません。

2．誤り。
2 V は 5 V − 3 V の差に相当しますが、この回路では電源同士の差を出力するわけではありません。

3．誤り。
3 V 側のダイオードだけが導通すると考えると 3 V になりそうですが、実際には5 V側のダイオードが導通し、出力節点を5 Vに引き上げます。その結果、3 V側のダイオードは逆方向バイアスになります。

4．正しい。
5 V側のダイオードが順方向に導通します。理想ダイオードなので電圧降下は0 Vであり、V_o = 5 V となります。

5．誤り。
8 V は 5 V と 3 V を足した値ですが、この回路では2つの電源が直列に接続されていません。したがって出力は 8 V にはなりません。