単相整流器

単相整流器は、機器やデジタル電子機器への電力供給に必要なAC電源電圧と電流をDCに変換するために使用されます。家庭や商業に供給される標準的な主電源はACです。ただし、ほとんどのデジタル電子機器はDC電源で動作するように設計されています。整流器は、AC電気を互換性のあるDC電源に変換するために使用できるデバイスです。整流器は一方向にのみ電流を流すため、バイポーラAC入力をユニポーラ整流出力に変換します。整流回路は、1つ以上のダイオードを使用して正または負のAC電力のみを通過させ、脈動源を生成し、これをフィルタリングして滑らかで一貫したDC電圧と電流を実現します。このビデオでは、整流器とダイオード回路の基本的な概念を紹介し、いくつかの一般的な整流器回路を示し、電圧入力と負荷構成のバリエーションで整流器回路の電圧出力をテストします。

整流器は、電子回路で使用されるデバイスであり、電流を一方向に流し、他の方向に電流を遮断します。整流器は、しきい値の順方向電圧を超えた場合にのみ電流の通過を許可します。ダイオード整流器には、アノードとカソードの2つの端子があり、電流はアノードからカソードに流れ、カソードからアノードにブロックされます。単相半波整流器は、1つのダイオードに電圧を渡します。この回路では、AC入力電圧の正の半分のみが負荷抵抗の両端の出力に伝達されます。ダイオードを逆にすると、AC入力電圧の負の半分だけが抵抗の両端に現れます。ACサイクルの負の半分の電圧がブロックされています。1つの極性(RMS(二乗平均平方根)のみの場合、出力電圧はバイポーラ入力電圧の出力電圧と比較して減少します。全波整流器は、図に示すように、AC入力電圧の両方の半サイクルを4つのダイオードブリッジ回路に渡して通過させます。負の半分の極性を反転させ、負荷抵抗の両端の平均出力電圧を高くします。整流器は一方向ですが、脈動電流が発生し、その影響は半波整流器でより顕著になります。ただし、整流器の出力は通常、負荷抵抗と直列にインダクタを追加することによってフィルタリングされます。全波整流器では、負荷抵抗と並列に組み立てられたコンデンサが同じ目的を果たします。このビデオでは、異なる出力負荷、ダイオードのターンオフ特性、および異なる回路を使用したDC出力電圧のフィルタリングを使用した半波および全波単相整流器の動作を示しています。

この整流器の動作のデモンストレーションでは、2つの異なるAC電源が使用され、高周波、1キロヘルツ入力は、10ボルトピークの正弦波出力を持つ関数発生器を使用して生成されます。低周波の60ヘルツ入力は、バリアックによって供給されます。通電中は回路のどの部分にも触れないでください。ファンクションジェネレータソースを使用する場合、回路は図のように接地されます。バリアック電源を接地しないでください。ファンクション・ジェネレータを高周波出力用に設定するには、差動プローブをオシロスコープのチャンネル1に接続し、10倍プローブをチャンネル2に接続します。スケール係数を差動プローブで20倍に、10倍プローブで10倍に調整します。スコープチャネルメニューで、両方のプローブを10xに設定します。差動プローブの場合、手動で測定値に2を掛けて、目的の出力の20倍に到達します。次に、BNC-ワニ口ケーブルをファンクション・ジェネレーターの50Ω出力に接続し、ワニ口クリップを10倍スコープ・プローブに接続します。出力を 10 ボルトのピークと 1,000 ヘルツの正弦波波形に設定し、DC オフセットはゼロにします。信号がそれに応じて設定されたら、bncコネクタとスコーププローブを切断しますが、設定を維持するためにファンクションジェネレーターをオンのままにします。バリアックを低周波出力用に設定するには、出力レセプタクルが切断されていること、およびノブがゼロに設定されている状態でオフになっていることを確認します。次に、バリアックノブをゆっくりと5%の出力に調整して、10ボルトのピークを達成します。

まず、半波整流器を高周波入力電圧と抵抗負荷でテストします。図のように、51Ωの負荷抵抗と定格50Vおよび2アンペアのダイオードを使用して回路を構築します。ダイオードの極性は、カソードエンドにダッシュ記号でラベル付けされています。差動プローブを回路に接続する前に、プローブの端子を接続し、波形をゼロオフセット電圧に調整します。次に、負荷抵抗の両端に差動電圧プローブを接続して出力電圧を観察し、AC側の10倍プローブを接続して入力電圧を観察します。次に、スコープのタイムベースを調整して、入力電圧の4サイクルの入力電圧と出力電圧を表示します。変更を加える前に、ファンクションジェネレーターを切断し、差動プローブを回路から取り外してください。次に、高周波入力と抵抗性誘導負荷を備えた半波整流器をテストします。図のように、抵抗と直列にインダクタを追加して、回路を再利用します。前述のように、プローブを回路に接続し、入力電圧と出力電圧の波形を表示します。ファンクションジェネレータの電源を切り、差動プローブを切断し、インダクタを回路から取り外します。最後に、低周波入力と抵抗負荷で半波整流器をテストします。バリアックを横切って差動プローブを接続し、電源を入れます。バリアックを調整して10ボルトのピーク出力を取得し、電圧設定を変更せずにバリアックをオフにします。図のように、バリアック出力を抵抗回路に取り付けます。次に、差動電圧プローブを負荷抵抗の両端に接続して、出力電圧を観察します。バリアックをオンにします。バリアック電源を接続してオンにした状態で回路に触れないでください。前述のように、入力電圧と出力電圧の波形を表示します。

まず、全波整流器を抵抗負荷でテストします。図のように回路を構築し、プローブとバリアック出力を回路に接続します。前述のように、入力電圧と出力電圧の波形を表示し、ピークツーピーク電圧を測定します。プローブ接続を保持したまま、バリアックをオフにし、電解コンデンサを抵抗負荷と並列に接続します。次に、入力電圧と出力電圧を観察します。

最初の図は、AC電源電圧の4サイクルと、半波整流器に結合された抵抗性負荷からの出力を示しています。入力AC電圧の正の半サイクルのみがダイオード整流器を横切って通過します。半波整流回路の入力電圧が正弦波の場合、抵抗性負荷を持つ単一のダイオードの平均電圧出力は、入力ピーク電圧をπで割った値です。負荷抵抗と直列にインダクタを追加すると、ダイオードのターンオフ領域が遅延します。このインダクタと抵抗の組み合わせがローパスフィルタです。インダクタの値が十分に大きい場合、出力の振動成分はブロックされ、一定のDC成分のみが残ります。フルブリッジ整流器の場合、入力された正の半サイクルは回路を通過し、負の半サイクルは正に整流されます。十分に大きなコンデンサを追加すると、電圧リップルの大部分が除去され、負荷に一貫したDC電圧が提供されます。

ダイオード整流器は、ほとんどの電源、充電器、可変周波数ドライブ、および多くの保護回路に搭載されています。まず、AC電源アダプタは、DC供給機械の電力を変換したり、デバイスに含まれるDCバッテリーを充電したりするために使用されます。このアダプタは、120ボルトの壁電源からの電圧を降圧するトランス、4つのダイオードブリッジ全波整流器、およびDC出力電圧を平滑化するコンデンサで構成される回路と同じくらい簡単です。サイリスタは、調光器、モータ速度コントローラ、および電圧レギュレータで一般的に使用されるシリコーン制御整流器です。設計上、サイリスタは、Pタイプ端にアノード、Nタイプ端にカソード、およびカソードの隣のPタイプ層に接続されたゲートリープを作成するために使用されるPタイプ半導体とNタイプ半導体の交互層用です。ラッチング閾値を超えると、ゲートへの電流パルスがサイリスタをオフからオンに切り替え、アノードからカソードへの順方向電流の流れが可能になります。これにより、電流が一方向に整流され、統合されたスイッチングメカニズムで出力電力が調整されます。

JoVEの単相整流器の紹介を見ました。これで、単相整流器がどのように機能するか、一般的な整流器回路とその出力、およびいくつかの一般的な整流器アプリケーションについて理解する必要があります。ご覧いただきありがとうございます。