反転型・半波整流回路の動作原理
［特徴］入力電圧Ｖｉｎの符号によって出力が切り替わるスイッチとも考えられます。
すなわち、Ｖｉｎ＞０のときＯＮになり、電圧を出力する。また、Ｖｉｎ＜０のときは、ＯＦＦになり出力０。ただし出力は反転される。図１のＤ１，Ｄ２のダイオードを逆向きに接続すれば、逆極性の整流回路になります。このとき、Ｖｉｎ＞０のときＯＦＦで、Ｖｉｎ＜０のときＯＮになり、正電圧を出力します。
反転型・半波整流回路の動作原理について説明します。図１に示すように、整流回路の入力端子は
Ｖｉｎ 、そして出力端子は Ｖｏｕｔと表記することにします。ＯＰアンプ（ＯＰ）の反転入力端子を−、非反転入力端子を＋と表記します。ＯＰアンプの出力端子についての表記は、特に一般には決められていませんが、ここではＶｏｐと表記することとします。抵抗値は、Ｒ１＝Ｒ２とします。
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| 図１． 反転型・半波整流回路の動作原理説明図 |
（１）電圧振幅が正（Ｖｉｎ＞０）のとき［図１（ａ）の正弦波が正の振幅のとき］
Ｄ１がＯＮ，Ｄ２がＯＦＦになり、Ｄ１とＲ２を通る負帰還ループができます。このとき回路は、反転増幅回路として働きます。すなわち、Ｖｏｕｔ＝−Ｖｉｎとなります。
（２）電圧振幅が負（Ｖｉｎ＜０）のとき［図１（ａ）の正弦波が負の振幅のとき］
Ｄ２がＯＮ，Ｄ１がＯＦＦになり、Ｄ２を通る負帰還ループができます。Ｄ１は非導通なので、出力はＯＰアンプの反転入力（仮想ショート点）から直接得られます。すなわち、Ｖｏｕｔ＝０です。
ところで、非反転型と違ってＯＰアンプが開ループにはならないので、動作の遅れは小さくてすみます。そのため、非反転型よりも高速動作が可能です。また、Ｒ１＝Ｒ２の場合を考えていましたが、Ｒ１＜Ｒ２とすれば増幅作用をもつので、小振幅の入力を扱うことができます。逆にＲ１＞Ｒ２とすれば、大振幅の入力（ＯＰアンプの電源電圧以上でもＯＫ）を扱うこともできます。
反転型・半波整流回路の実験データ
図１の回路で、ＯＰアンプはＬＦ４１２、またはＬＭ６３６１を使用。ダイオードは、汎用品の１Ｓ１５８８を使用。抵抗値は、Ｒ１＝Ｒ２＝１０ｋΩ。電源電圧は±１２Ｖ。
（１）ＬＦ４１２使用，入力周波数２０ｋＨｚ正弦波
図２（ａ）（ｂ）に、そのときの波形データを示します。入力電圧が正のとき、出力は反転しています。一方、入力電圧が負のとき出力は０です。従って、半波整流動作をしていることが分かります。図２（ｂ）に示すように、入力電圧が正のとき、ＯＰアンプの出力は反転し、出力電圧＋ダイオードＤ１のＶＦ１の電圧値を示しています。一方、入力電圧が負のとき、ＯＰアンプ出力はダイオードＤ２のＶＦ２の電圧値を示しています。
図２（ａ）．ＬＦ４１２使用、入力周波数２０ｋＨｚ
入力／出力波形
上段：入力波形（２０ｋＨｚ正弦波）
下段：出力波形（半波整流出力）
（縦軸：２Ｖ／ｄｉｖ，横軸：２５μｓ／ｄｉｖ）
図２（ｂ）．ＬＦ４１２使用、入力周波数２０ｋＨｚ
入力／ＯＰアンプ出力波形
上段：入力波形（２０ｋＨｚ正弦波）
下段：ＯＰアンプ出力波形
（縦軸：２Ｖ／ｄｉｖ，横軸：２５μｓ／ｄｉｖ）
（２）ＬＦ４１２使用，入力周波数１００ｋＨｚ正弦波
さて、もう少し周波数を上げていくとどうなるでしょうか？図３に入力周波数が１００ｋＨｚのときのデータを示します。非反転型のときは、半波出力波形の歪みが大きくなりましたが、この場合の反転型では、とても波形がきれいですね。
図３．ＬＦ４１２使用、入力周波数１００ｋＨｚ
入力／出力波形
上段：入力波形（１００ｋＨｚ正弦波）
下段：出力波形（半波整流出力）
（縦軸：２Ｖ／ｄｉｖ，横軸：５μｓ／ｄｉｖ）
それでは、さらに周波数を上げて、スペアナの検波周波数の４５５ｋＨｚではどうでしょうか？図４にそのときのデータを示します。出力波形に少し歪みが見られています。非反転型では４５５ｋＨｚはダメでしたが、反転型にすると一応、半波整流動作をしています。
図４．ＬＦ４１２使用、入力周波数４５５ｋＨｚ
入力／出力波形
上段：入力波形（４５５ｋＨｚ正弦波）
下段：出力波形（半波整流出力？）
（縦軸：２Ｖ／ｄｉｖ，横軸：１μｓ／ｄｉｖ）
（４）ＬＭ６３６１使用，入力周波数４５５ｋＨｚ正弦波
ＬＦ４１２より、高速なＯＰアンプとしてＬＭ６３６１を使ってみました。図５（ａ）に半波整流出力波形を示します。先ほどの図４と比べたら、半波整流波形らしくなりました。
図５（ａ）．ＬＭ６３６１使用、入力周波数４５５ｋＨｚ
入力／出力波形
上段：入力波形（４５５ｋＨｚ正弦波）
下段：出力波形（半波整流出力）
（縦軸：２Ｖ／ｄｉｖ，横軸：１μｓ／ｄｉｖ）
図５（ｂ）．ＬＭ６３６１使用、入力周波数４５５ｋＨｚ
入力／ＯＰアンプ出力波形
上段：入力波形（４５５ｋＨｚ正弦波）
下段：ＯＰアンプ出力波形
（縦軸：２Ｖ／ｄｉｖ，横軸：１μｓ／ｄｉｖ）
反転型・半波整流回路を正電圧出力にする
図６は、図１の回路でＤ１，Ｄ２のダイオードの接続向きを変えました。Ｒ３はＯＰアンプの入力バイアス電流によるオフセット電圧のキャンセルの目的で付加しています。ＬＭ６３６１では効果がありますが、ＬＦ４１２などのＦＥＴ入力ＯＰアンプを使用する場合には入力バイアス電流が小さいため不要です。Ｒ３の値ですが、Ｒ１//Ｒ２にします。（Ｒ１とＲ２を並列接続したときの抵抗値）
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| 図６． 反転型・半波整流回路（正電圧出力） |
図７に反転型・半波整流回路（正電圧出力）での出力波形を示します。入力電圧が負のとき、出力は反転しています。一方、入力電圧が正のとき出力は０です。従って、正電圧出力の半波整流動作をしていることが分かります。
図７．反転型・半波整流回路（正電圧出力）
ＬＭ６３６１使用、入力周波数４５５ｋＨｚ
入力／出力波形
上段：入力波形（４５５ｋＨｚ正弦波）
下段：出力波形（半波整流出力）
（縦軸：２Ｖ／ｄｉｖ，横軸：１μｓ／ｄｉｖ）
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