電気回路の問題がわかりません

質問

ダイオード回路についてです。a,bを入力端子、c,dを出力端子、出力端子に電流は流れないと仮定し、ダイオードを理想ダイオードとします。
ダイオードが短絡する場合の入力電圧Eの範囲はE>5の時で、その時の出力電圧は5[V]。ダイオードが開放する場合の入力電圧Ｅの範囲はE<5の時で、その時の出力電圧はE[V]だと思います。しかし以下の問題がどうしてもわからないので教えてください。
1)ダイオードの上下を反転した時のダイオードが短絡・開放する場合の入力電圧の範囲および出力電圧
2)入力電圧が正の場合出力電圧は入力電圧に等しく、入力電圧が負の場合には出力電圧が0となる回路の図
3)0<入力電圧<5の場合に出力電圧が入力電圧に等しく、入力電圧が負の場合には出力電圧が0、入力電圧>5[V]の時に出力電圧=5[V]である回路を作成するにはどのように合成すればいいか
4)回路の単純な合成では、必ずしも出力端子電流が0とならないため3)のような特性は得られないので、どのようにすればよいか？
以上となります。分かりやすく教えていただけるとありがたいです。

回答No.2

Tann3

この回路図は、通常の乾電池による直流電源では現実的には不可能です。乾電池の逆方向電流に対しては抵抗はゼロではありませんし（かなり大きいはず）、無理に電流を流すと「乾電池を充電している」状態となり、変な化学反応を起こして危険です。
　まあ、ここでは、理想的（仮想的）な「逆方向電流に対して抵抗ゼロの定電圧電源」を仮定することとしましょう。

　その場合の１）～３）の答は、No.1さんのとおりです。

　この場合、ダイオードと電源で構成する内部回路は、単なる「入力電圧に対する導通／開放のスイッチング回路＋電源」と考えればよいのでしょう。

　与えられた最初の回路は、「入力＜５Ｖなら開放、５Ｖ＜入力で導通して５Ｖの定電圧電源」と考えればよいわけです。

　１）では、ダイオードの方向を反転させた場合なので、「入力＜５Ｖなら導通して５Ｖの定電圧電源、５Ｖ＜入力なら開放」となります。

　２）は、「入力＜０Ｖなら導通、０Ｖ＜入力なら開放」となる回路を考えればよく、上下方向を逆転させたダイオードのみ（定電圧電源はなし）となります。

　３）は、「入力＜０Ｖなら導通、０Ｖ＜入力＜５Ｖなら開放、５Ｖ＜入力で導通して５Ｖの定電圧電源」という回路を考えればよいわけで、これは、オリジナルの回路に２）の回路を並列に構成すれば実現できます。

　４）については、No.1さんと同じく、質問者さんが何を意図しているのか不明です。「現実の回路では、外部の負荷抵抗は無限大ではあり得ない」ということを言いたいのなら、最初に書いたとおりこの問題の回路自体が現実にはあり得ません。
　純粋に「外部に接続する回路の抵抗が無限大ではなく微小電流が流れる場合」の対処方法を考えるなら、「回路の内部抵抗Ｒを、外部の負荷抵抗に比べて十分小さな値とする」というのが現実的な解決策でしょう。ただし、そこまで考える場合には、最初に書いたように、電池の内部抵抗とか、ダイオードの内部抵抗、導通／開放切替え特性、複数並列接続する場合の特性のバラつきなども無視できない問題になってきます。なので、教科書的に「回路構成要素は全て理想的な特性を有し、外部の負荷抵抗は無限大と仮定」ということでよいのではないでしょうか。

お礼

大体理解できました。ありがとうございます。

回答No.1

info22_

1)
ダイオードが短絡する場合の入力電圧Eの範囲はE<5の時で、その時の出力電圧は5[V]。
ダイオードが開放する場合の入力電圧Ｅの範囲はE>5の時で、その時の出力電圧はE[V]。

2)
図の黒点端子間のダイオードを上下を反転し、５[V]の直流電源を取り外し、
ダイオードをアース（接地）に直接接続する回路にすれば良い。

3)
図の黒点端子間のダイオードと５[V]の直流電源の回路に、理想ダイオードをもう一本用意し、2)のダイオードを上下反転したものを黒点端子間に並列接続して（合成して）やれば、要求を満たす回路が得られます。

4)
「必ずしも出力端子電流が0とならないため」の箇所の意味が分かりません。
なので問題の意図する所が分からず回答不能。
3)で回答した合成回路でダメですか？

お礼

大体理解できました。有難うございます。