電子回路 Ⅰ 第 12 回 (2009/1/26)
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電子回路 Ⅰ 第 12 回 (2009/1/26). 整流回路、 電圧安定化回路. 今日の内容. 電源回路 電源変圧器 整流回路 平滑回路 電圧安定化回路. 交流から直流をつくる. 一般的な電源（商用電源）：交流 トランジスタや FET などのバイアスには直流が必要 どのような回路で交流を直流に変換するか？. AC-DC 変換のステップ. 直流出力. 交流入力. 変圧器. 整流回路. 平滑回路. 脈動を抑える. 振幅を調整. 極性を揃える. AC-DC 変換に求められるもの. リップル率整流された電圧の脈動分. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
電子回路Ⅰ 第 12回(2009/1/26)
整流回路、電圧安定化回路
今日の内容 電源回路 電源変圧器 整流回路 平滑回路 電圧安定化回路
交流から直流をつくる
•一般的な電源（商用電源）：交流
•トランジスタや FETなどのバイアスには直流が必要
•どのような回路で交流を直流に変換するか？
AC-DC変換のステップ
交流入力変圧器 整流回路 平滑回路
直流出力
振幅を調整 極性を揃える
脈動を抑える
AC-DC変換に求められるもの
リップル率 整流された電圧の脈動分
[%]100出力直流電圧
圧の実効値出力に含まれる交流電
電圧変動率 負荷の変動による出力電圧の変化
定格電流時の電圧無負荷時の電圧、
::
[%]100
lO
l
lOv
VV
V
VVK
整流効率 入力交流電力と出力直流電力の比
[%]100入力交流電力出力直流電力
変圧器（トランス）
v1 v2
Rl
i1 i2
巻数 n2
巻数 n1
コイルの両端に発生する電圧
dt
dnv
dt
dnv 2
221
11 ,
コイルに流れる電流
222111 , inin
漏れ磁束がなければ
21
1 次側、 2 次側の電圧、電流、電力、インピーダンスの関係
lRn
n
i
v
n
n
i
vviivi
n
niv
n
nv
2
2
1
2
2
2
2
1
1
111221
2
121
1
22 ,,,
巻線の向き
n2n1
v2v1
黒丸で巻き始めを示す
11
2221 v
n
nv なので
n2n1
v2v1
11
2221 v
n
nv なので
整流回路（半波整流回路）
RL
+
ー入力 出力
負の成分はダイオードでカット
v
i
半波整流回路の電圧変動率
100100100100
1
1
sin22
1
20
0sinsin
sin
2
0
2
0
l
d
DCl
dDC
dDCm
dDCmm
l
lOv
dDCm
dl
dm
dl
lml
dl
ml
mDClDC
mmDC
mdl
m
m
R
r
IR
rI
rIV
rIVV
V
VVK
rIV
rR
rV
rR
RVR
rR
VR
IIRV
Ittd
ItidI
ti
ttItrR
Vi
tVv
電圧変動率は
端子電圧は
直流電流は
とすると 抗ダイオードの順方向抵:dr
Rl
+
ー
v
i
m
l
VRが無限大のとき）は無負荷時（
半波整流回路の整流効率
[%]1
6.404
14
1
1
4422
1
2
1
22
2
2
2
2
2
22
より、
l
ddl
l
dl
m
ldl
m
AC
DC
dl
mmmmmAC
ldl
ml
mlDCDC
RrrR
R
rRV
RrR
V
P
P
rR
VIVIVP
RrR
VR
IRIP
Rl
+
ー
v
i
電流は半周期しか流れない
半波整流回路のリップル効率[%]100
出力直流電圧圧の実効値出力に含まれる交流電
2
sin2
10
22 mmrms
ItdtII
半波整流回路の実効値
[%]12114
1212
2
222
m
m
DC
rms
lDC
lDCrms
I
I
I
I
RI
RII
22222
2
0
22
0
2
0
2
2
0
2222
0
2
2
12
2
1
2
1
22
1
2
1'
DCrmsDCDCrms
DCDC
DCDCDCrms
IIIII
tdItidItdi
tdIiIitdIiI
出力電流に含まれる交流分の実効値
修正有
整流回路（全波整流回路（１））
RL
+
v
v ー
入力出力
タップ付きのトランスが必要
整流回路（全波整流回路（２））
RL
+
ー入力
出力
+
ー
ー
+
rdが２倍になる
全波整流回路の整流効率 とするtIti m sin)(
AC
DC
mmAC
rms
DC
P
P
IVP
tdiI
tidI
＝
整流効率は
交流入力は
実効値は
直流電流は
22
2
1
2
1
2
0
2
2
0
1
2
DC
rms
I
I
リップル率は
全波整流回路の整流効率 とするtIti m sin)(
[%]
1
2.81
1
18
2
2
2
222
2sin
22
1
2sin
22
2
1
22
2
2
2
2
0
22
2
0
2
0
2
0
＝
整流効率は
交流入力は
実効値は
直流電流は
l
d
l
d
dlm
lm
dlm
lDC
AC
DC
dlmmm
AC
mmrms
mmDC
R
r
R
rrR
I
RI
rRI
RI
P
P
rRIIV
P
Ittd
ItdiI
Ittd
ItidI
[%]4818
1221
2
2
2
リップル率は
m
m
DC
rms
I
I
I
I
平滑回路（平滑コンデンサ）
Rl
+
ー
v
i
半波整流回路の場合 C
iD
v, i放電 放電
充電充電
Vm
2 t
平滑回路（リップル率）
青線で近似（三角波）
v(t)Vm
2
T=2
VDC
Va
t
CR
tVtv
ttv
C
lm exp)(
)( さいの一次関数で近似しなをコンデンサの電圧
が十分大きいとして、
v(t)Vm
t
Vmexp(-t/RlC)Vm(1-t/RlC)
平滑回路（リップル率）
青線で近似（三角波）
v(t)Vm
2
T=2
VDC
Va
tm
l
m
lm
lm Vt
CR
V
CR
tV
CR
tVtv
C
1exp)(
式で近似できるコンデンサの電圧は次
が十分大きいと、
v(t)Vm
t
Vmexp(-t/RlC)Vm(1-t/RlC)
平滑回路（リップル率）
出力電圧に含まれる交流分の実効値
323
2
22
3
223
222
2
1
22
1
2
1
22
222
22
2
2
0
2
0
22222
0
3
amam
am
am
mm
mmmrms
VVVV
VV
VV
VVmm
dxxxVVdxxVV
xxVxV
v(t)Vm
2
T=2
VDC
Va
t
22
22,
aa
l
m
l
m
l
m
VV
CfR
V
TCR
V
CR
Vxt
または
とすると
平滑回路（リップル率）v(t)Vm
2
T=2
VDC
Va
t
出力電圧の直流分
amDC VVV2
1
リップル率は
CfR
V
CfRV
VV
V
VV
V
VVVV
V
VVVV
VVVV
VVVV
VVVV
VVVV
VV
VVVV
V
V
l
m
l
m
mm
a
am
a
amam
a
amam
amam
amam
amam
amam
am
amam
DC
rms
32
1
32
22
32
232
2132
4
12
4
43
1
4
31
21
31
22
2
22
22
22
22
22
2
222
定電圧回路（チェナーダイオードの利用）
I
V
順方向
逆方向
チェナーダイオード
逆方向電圧が一定値を超えると電流が流れる
-VOVO
定電圧回路（トランジスタで安定化）
R1
Tr2Tr1
R2
R3
VR
DVD
VO
VBE
動作•何かの原因で VOが増加
•Tr2のベース電位が増加
•Tr2のエミッタ電位は一定なので VBEが増加
•Tr2のコレクタ電流が増加
•R1での電圧降下が増加
•Tr1のベース電圧、ベース電流が減少
•Tr1のコレクタ電流が減少、内部抵抗増加
•Voが減少
Voが減少する場合は上記の逆