Transcript 第12回
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 振幅を調整 平滑回路 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 出力に含まれる交流電 圧の実効値 100[%] 出力直流電圧 電圧変動率 負荷の変動による出力電圧の変化 整流効率 入力交流電力と出力直流電力の比 VO Vl Kv 100[%] Vl VO : 無負荷時の電圧、 Vl : 定格電流時の電圧 出力直流電力 100[%] 入力交流電力 変圧器（トランス） コイルの両端に発生する電圧 df1 df2 v1 n1 dt , v2 n2 dt i1 f1 f2 i 2 v1 v2 コイルに流れる電流 f1 n1i1, f2 n2i2 漏れ磁束がなければ f1 f2 Rl 巻数 n1 巻数 n2 1次側、2次側の電圧、電流、電力、インピーダンスの関係 2 2 n2 n1 v1 n1 v2 n1 v2 v1, i2 i1, v2i2 i1v1, Rl n1 n2 i1 n2 i2 n2 巻線の向き f1 黒丸で巻き始めを示す f2 v1 n1 v2 n2 f1 f2 なので v2 v1 n1 v2 n2 f1 f2 なので v2 v1 n1 n2 f1 f2 v1 n1 n2 整流回路（半波整流回路） i + RL v 入力 ー 出力 負の成分はダイオード でカット 半波整流回路の電圧変動率 v Vm sin tとすると rd :ダイオードの順方向抵 抗 Vm sin t I m sin t 0 t Rl rd i 0 t 2 + i i 直流電流は I m 2 Im 1 2 I DC id t sin td t 2 0 2 0 端子電圧は I V Rl 1 Vm VDC Rl I DC m Rl Rl m Rl rd Rl rd Rl v ー Vm r V Vm 1 d m I DCrd 無負荷時（ Rが無限大のとき）は l Rl rd 電圧変動率は Vm Vm I DCrd V V 100 I DCrd 100 rd 100 Kv O l 100 Vm Vl Rl I DC Rl I DCrd 半波整流回路の整流効率 + i 2 1 Vm Im 2 Rl PDC I DC Rl Rl 2 Rl rd Vm 1 I m Vm I m Vm 2 1 PAC 2 4 4 Rl rd 2 2 より、 電流は半周期しか 2 2 PDC PAC 流れない 1 Vm Rl 2 Rl rd 4 Rl 40.6 [%] 2 2 r Rl rd 1 d Vm 1 Rl 4 Rl rd Rl v ー 半波整流回路のリップル効率 出力電流に含まれる交流分の実効値 1 I 'rm s 2 1 2 出力に含まれる交流電 圧の実効値 100[%] 出力直流電圧 1 2 2 2 i I d t i 2 iI I DC DC DC d t 0 2 0 2 2 2 1 1 2 2 i d t 2 I id t I d t 0 2 DC 0 2 DC 0 2 2 I rm s2 2I DC2 I DC2 I rm s2 I DC2 半波整流回路の実効値 I rm s 1 2 0 I m2 sin 2 td t 修正有 Im 2 Im 2 2 2 I rm s I DC Rl I rm s 1 2 I DC Rl Im I DC 2 2 1 1 121[%] 4 整流回路（全波整流回路（１）） + v v RL 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）） + ー 入力 ー + + RL 出力 ー rdが２倍になる 全波整流回路の整流効率 i(t ) I m sin t とする 直流電流は 1 2 I DC idt 0 2 実効値は 1 2 2 i d t 0 2 交流入力は V I PAC m m 2 2 整流効率は P ＝ DC PAC I rm s リップル率は I 2 rm s 1 I DC 全波整流回路の整流効率 i(t ) I m sin t とする 直流電流は Im 1 2 I DC id t 2 2 0 2 実効値は 0 sin td t 2I m I m2 2 Im 1 2 2 I rm s i d t sin td t 2 0 2 0 2 交流入力は Vm I m I m 2 R r PAC 2 l d 2 2 整流効率は リップル率は Im 2 I rm s 1 2 2I m I DC 2 ＝ PDC PAC 2I m Rl 2 I DC Rl 8 1 81.2 2 2 2 [%] r r Im 1 d 1 d Rl rd I m Rl rd Rl Rl 2 2 2 8 1 48 [%] 2 1 平滑回路（平滑コンデンサ） + i 半波整流回路の場合 充電 v 充電 放電 v, i Vm 2 Rl ー 放電 iD C t 平滑回路（リップル率） v(t) Vm Vm(1-t/RlC) Vmexp(-t/RlC) T=2 v(t) Vm VDC Va t Cが十分大きいとして、 コンデンサの電圧 v(t )をtの一次関数で近似しな さい t v(t ) Vm exp R C l 2 青線で近似（三角波） t 平滑回路（リップル率） v(t) Vm Vm(1-t/RlC) Vmexp(-t/RlC) T=2 v(t) Vm VDC Va t Cが十分大きいと、 コンデンサの電圧は次 式で近似できる t V t Vm 1 m t Vm v(t ) Vm exp Rl C Rl C Rl C 2 青線で近似（三角波） t 平滑回路（リップル率） Vm Vm Vm とすると Rl C R C 2 2fRl C l T V Va 2 または a 2 t x, T=2 v(t) Vm VDC Va 出力電圧に含まれる交流分の実効値 1 Vrm s 2 1 2 0 Vm x dx 2 2 1 2 V 2 0 2 2 3 Vm xVm x 3 x 2 2 m 2Vm x 2 x 2 dx 2 Vm 2Vm 2 0 Va Va 2 2 2 Va 2 Vm 2 V Vm VaVm 2 m 3 2 3 2 2 2 2 2 3 2 t 平滑回路（リップル率） T=2 v(t) Vm 出力電圧の直流分 1 VDC Vm Va 2 VDC Va リップル率は 2 2 V V 2 a a 2 Vm VaVm Vm VaVm Vrm s 3 3 1 1 1 2 Va 2 1 2 VDC Vm VaVm Vm Va 4 2 2 2 Vm Va Va Va 2 Va 2 Va 2 2 2 Vm VaVm Vm VaVm 2fRl C 2 3 2 3 2 3 4 12 Vm Va 2 Va 2 V 1 V 2 3Vm 2 3Vm 2 2 Vm VaVm Vm VaVm m a 2 4 4 1 2 3 fRl C 2 t 定電圧回路（チェナーダイオード の利用） I 順方向 VO -VO 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 V 定電圧回路（トランジスタで安定化） 動作 •何かの原因でVOが増加 •Tr2のベース電位が増加 Tr1 R1 •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 Tr2 R2 VR VBE VD D R3 VO