Transcript 第11回
電子回路Ⅰ 第11回(2008/1/21)
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
出力直流電圧
電圧変動率
Kv
100 [%]
負荷の変動による出力電圧の変化
VO Vl
100 [%] Vl
V O : 無負荷時の電圧、
整流効率
圧の実効値
V l : 定格電流時の電圧
入力交流電力と出力直流電力の比
出力直流電力
入力交流電力
100 [%]
変圧器(トランス)
i1
コイルの両端に発生する電圧
v1 n1
d f1
dt
, v 2 n 2
df2
dt
f1
f2 i
2
v1
v2
コイルに流れる電流
f 1 n1i1 , f 2 n 2 i 2
巻数 n1
巻数 n2
漏れ磁束がなければ f 1 f 2
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
v1 n1 v 2 n1
Rl
v2
v1 , i 2
i1 , v 2 i 2 i1 v1 ,
n1
n2
i1
n
i
n
2 2
2
n2
n1
Rl
巻線の向き
f1
黒丸で巻き始めを示す
f2
v1
v2
n1
f 1 f 2 なので v 2
n2
n1
v1
n2
f1
f2
v1
v2
n1
n2
f 1 f 2 なので v 2
n2
n1
v1
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 V m sin t とすると
rd : ダイオードの順方向抵
sin t I m sin t 0 t
R l rd
i 0 t 2
i
+
i
抗
Vm
Rl
v
直流電流は
I DC
1
2
2
0
id t
Im
2
2
0
sin td t
ー
Im
端子電圧は
V DC R l I DC
Im
Rl
Vm
1
R l rd
Vm
Vm
rd
1
I DC rd
R l rd
Rl
Vm
Rl
R l rd
無負荷時( R l が無限大のとき)は
電圧変動率は
V
m I DC rd
V Vl
I r
r
Kv O
100
100 DC d 100 d 100
Vm
Vl
R l I DC
Rl
I DC rd
Vm
Vm
半波整流回路の整流効率
+
i
2
PDC
PAC
1 Vm
Im
2
I DC R l
R l 2
R l rd
Vm 1 I m Vm I m
Vm
2
4
4
2
2
2
PDC
PAC
Vm
4
2
1
R l rd
1
ー
電流は半周期しか
流れない
2
Rl
4
2
Rl
v
R l rd
より、
1 Vm
2
R l rd
2
Rl
Rl
R l rd
40 . 6
1
rd
Rl
[%]
半波整流回路のリップル効率
出力に含まれる交流電
出力直流電圧
出力電流に含まれる交流分の実効値
I ' rms
1
2
2
0
i d t
2
1
2
2
2
I rms 2 I DC I DC
2
2 I DC
2
2
0
i
2
1
0 i I DC d t
2
2
2
1
2
0
id t
2
1
2
2
2
Im
2 1
Im
I rms I DC
2 iI DC I DC d t
I DC
2
2
0
d t
半波整流回路の実効値
1
I rms
2
2
0
2
I m sin
2
I rms I DC R l
I DC R l
2
2 t d t
I rms
I
DC
2
Im
2
1
2
4
2
1 121 [%]
圧の実効値
100 [%]
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
I DC
1
2
2
id t
0
実効値は
1
I rms
2
2
0
i d t
2
交流入力は
PAC
Vm I m
2
整流効率は
=
PDC
PAC
リップル率は
2
I rms
I
DC
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)
T= 2
v(t)
v(t)
Vm
V m exp (-t/R l C )
V m (1 -t/R l C )
VDC
Vm
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
t
v ( t ) V m exp
Rl C
さい
2
青線で近似(三角波)
t
平滑回路(リップル率)
t x ,
Vm
RlC
Vm
RlC
2
Vm
2 fR l C
とすると
T
V a 2 または
T= 2
v(t)
VDC
Vm
Va
2
Va
出力電圧に含まれる交流分の実効値
1
V rms
2
2
0 V m
2
x dx
1
2
V
2
V m 2
2
0
2
2
3
x
V m x V m x
3
2
1
2
Va
2
Vm
2 2
3
2
m
2
2
2
V m 2 V m
2
0
2
Va
2
2 V m x x dx
2
V m V aV m
Va
3
2
2 2
3
2
2
t
平滑回路(リップル率)
出力電圧の直流分
V DC V m
1
2
T= 2
v(t)
VDC
Vm
Va
Va
リップル率は
V rms
V
DC
2
1
2
V m V aV m
2
V m V aV m
2
1
Vm Va
2
Va
3
1
2 3 fR l C
2
3 1
2
V m V aV m
Va
4
2
Va
2
3 1
2
Va
V m V aV m
V m V aV m
Va
4
2
2
2
2
V m V aV m
Va
2
Va
2
2
V m V aV m
t
4
Va
12
2
Va
4
2
Va
2
2 3
2 3
1
Vm
2
3
V
m
Vm Va
2
2
Vm
2 fR l C
2 3V m
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