この回路ではゲイン（利得）が1なので、入力する交流信号はグラウンドよりプラスの場合、そのまま値が出力となります。交流信号がマイナスの場合は、出力はグラウンドよりマイナスには振れないので、GNDの0Vのままとなることが期待できます。
　どのような状況になるか回路シミュレータLTSPICEで確認してみます。

単一電源による半波整流回路のシミュレート
　単一電源用OPアンプLM358を使用し、電源は5ないし6V、信号源は1kHzの正弦波で2Vくらいの入力信号を想定します。
　この条件で、LTSPICEの回路図作成エディタでシミュレーション用の回路を用意しました。

 

　V1はLM358の電源で5Vに設定しました。V2は信号源で1kHzの正弦波、P-Pが4Vで0Vからプラス側の波形のピーク値が2Vとなります。
　R1はLM358の＋入力端子への過大な入力電圧に対する保護のためのものです。入力端子は、マイナス電源に対して－0.3Vの入力まで対応しますが、それ以下の入力に対しては正常な動作範囲外となります。この場合は、マイナス電源はGNDになります。正弦波信号を直接＋入力端子に接続すると、正弦波のマイナス波形の0.3V以下になるとLM358の正常な動作範囲を超えてしまいます。過大なマイナス入力が加わると最大50ｍAの電流が流れ、このR1の抵抗の電圧降下により入力を保護します。
　この条件でシミュレートした結果を示します。

　下段の緑の波形は入力波形で、上段の赤のV(out)の波形は半波整流回路の出力です。入力波形のプラスの波形はそのまま出力されています。しかし入力波形がマイナスの波形のピークに併せて大きなピークが現れています。

R1に流れる電流の状態を調べる
　入力波形の電圧はマイナス側に振れすぎるので、＋入力の入力段のトランジスタのB-E間が入力保護ダイオードと同等の働きをして入力をクランプし、そのとき出力がプラス側に振れるためと考えられます。
　確認のため、R1の電流の流れをシミュレータで確認しました。

 

　マイナスの波形とほぼ同じ形で入力端子から流れ出しています。対応の一つとしてR1の値を100ｋΩに変更して確認します。入力信号の波形を変えて、LM358の＋入力端子での電圧を表示してみます。

 

　R1の抵抗値を100ｋΩにした場合、R1に流れるピーク電流が14μAに下がり、出力波形も入力がマイナス波形のときは0Vを維持し、きれいな半波整流出力になります。

入力信号を減衰して調べてみる
　次に、R1の抵抗値を10ｋΩにして、正常に動作できる入力信号の大きさを調べてみます。
　次のように、信号源のV2の正弦波設定情報のTheta(減衰率）の値を、10に設定します。

 

　シミュレーション時間も10msから100msに変更した結果です。

　　

　入力波形の減少と共に急激に不正な波形が減少しています。GNDからの電圧が1.6Vくらいから0Vに収束しています。
確認したい部分をドラッグして詳細を確認することができます。前半部分を切り取りマイナスの波形のピークが減少する様子を確認しました。

 

　スケールを変更して詳細な確認を行うこともできますが、このように、マウスのドラッグ操作だけで簡単に細部の確認ができます。

　次回は、ブレッドボード上で、この回路を実際のLM358で動作確認してみます。

<神崎康宏>