整流回路の動作

1. 最初に

1. 整流回路とは
交流電圧を直流電圧に変換する回路を整流回路と呼びます。
ここに記載する回路は平滑回路を含んでいないので、整流波形は完全な直流とはならず
いわゆる脈流となります。


2. 理想ダイオードで考えます
いずれの回路においても基本的な動作を考えるときは、 ダイオードは理想的な動作をするものと考えます。
なので、順方向の電圧は0と見なします(実際はシリコン・ダイオードの場合なら約0.7Vとなります)。



3. 整流前の交流電圧波形
入力波形(変圧器の二次側波形)Viは
Vi = Vm sin(ωt)
ここに、ωは角周波数、Vmは最大値、tは時間です。簡単化のため位相δは0とします。


なおセンタータップ付き変圧器の場合は
Vi⁺ = Vm sin(ωt)
Vi^- = −Vm sin(ωt)
となるように電圧の極性を決めました。


このようにセンタータップを基準電位(グランド)にとったので、波形は下記のように
Vi⁺とVi^-とで逆位相となります。



4. 整流電圧の極性
以下のいずれの回路においてもダイオードの向きを反対にすると出力電圧の極性が変わります。
例えば、正の出力電圧が発生する回路では、ダイオードを全て逆にすると
負の電圧を発生することが出来ます。



2. 半波整流回路

1. 回路と概要
ダイオード1個からなる最も簡単な整流回路です。
2次側電圧(Vi)の正の半サイクルのみが出力電圧(Vo)に現れるため、
半波整流回路と呼ばれています。



2. 半波整流回路の動作と電圧波形

	Vi＞0のとき	Vi＜0のとき
電流の経路
電圧波形
動作説明	ダイオード:Dは導通して、2次側電圧Viが出力Voに 現れます。 従って、 Vo = Vi = Vm sin(ωt)　(0≦t＜π/ω)	ダイオード:Dは遮断して、出力Voは0[V]と なります。 従って、 Vo = 0　(π≦t＜2π/ω)




3. 全波整流回路(両波整流回路)

1. 回路と概要
変圧器の2次側に中点タップ(センタータップ：CT)が必要となります。
ダイオードはふたつ必要となりますが、2次側電圧の正の半サイクルではD1が導通、D2は遮断、
負の半サイクルではD1は遮断、D2は導通することにより、出力電圧(Vo)は全派整流されます。
全派整流回路は別名両派整流回路とも呼ばれます。



2. 全波整流回路の動作と電圧波形



	Vi+＞0, Vi-＜0のとき	Vi+＜0, Vi-＞0のとき
電流の経路
電圧波形
動作説明	ダイオード:D1は導通、D2は遮断して、 出力電圧VoにはVi+が現れます。 従って、 Vo = Vi+ = Vm sin(ωt)　(0≦t＜π/ω)	ダイオード:D1は遮断、D2は導通して、 出力電圧VoはVi-となります。 従って、 Vo = Vi- = −Vm sin(ωt)　(π≦t＜2π/ω)




4. ブリッジ整流回路

1. 回路と概要
全波整流の一種ですがダイオードは4本必要となります。
変圧器に中点タップ(センタータップ：CT)は必要ありません。



2. 半波整流回路の動作と電圧波形

	Vi＞0のとき	Vi＜0のとき
電流の経路
電圧波形
動作説明	ダイオード:D2,D3は導通、D1,D4は遮断して、 2次側電圧Viが出力Voに現れます。 従って、 Vo = Vi = Vm sin(ωt)　(0≦t＜π/ω)	ダイオード:DはD2,D3は遮断、D1,D4は導通して、 2次側電圧Viの極性が反転して出力Voに現れます。 従って、 Vo = −Vi = −Vm sin(ωt)　(π≦t＜2π/ω)




5. 正負電圧が同時に取り出せるブリッジ整流回路

1. 回路と概要
正負の電圧を同時に取り出せる全波整流回路です。
ダイオードは4本必要となります。
また変圧器には中点タップ(センタータップ：CT)が必要です。



2. 全波整流回路の動作と電圧波形



	Vi+＞0, Vi-＜0のとき	Vi+＜0, Vi-＞0のとき
電流の経路
電圧波形
動作説明	ダイオード:D2,D3は導通、D1,D4は遮断して、 出力電圧Vo+にはVi+が現れ、 出力電圧Vo-にはVi-が現れます。 従って、 Vo+ = Vi+ = Vm sin(ωt)　(0≦t＜π) Vo- = Vi- = −Vm sin(ωt)　(0≦t＜π)	ダイオード:DはD2,D3は遮断、D1,D4は導通して、 出力電圧Vo+にはVi-が現れ、 出力電圧Vo-にはVi+が現れます。 従って、 Vo+ = Vi- = −Vm sin(ωt/ω)　(π≦t＜2π/ω) Vo- = Vi+ = Vm sin(ωt/ω)　(π≦t＜2π/ω)




6. 関連項目

1. 変圧器の原理
2. ダイオードの静特性



7. 参考文献

1. なし。