参考書をみていると、半導体の性質に関することはよく書いてあるのですが、
半導体素子を使った回路の問題が少なく感じるのは私だけではないと思います。
しかし試験では回路を使った問題がでてきいます。
そこで半導体を使った記事をいくつか書く事にしました。
今回はダイオードについてです。取り扱う回路は単相半波整流回路です。
この記事では負荷に加わる電圧、電流に着目します。
それでは、いってみましょう。
ダイオードとは
参考書にも書いてあるので、簡単に説明します。
ダイオードは順方向電圧がダイオードに印加されたときに、順方向(下図の向き)に電流を流す素子です。
図で示すとこんな感じです。
この方向と逆に電圧(逆バイアス)がダイオードにかかると電流を流すことができません。
以上です。
単相半波整流回路
回路図はこのようになります。
v[V]:電源の印加電圧,vd[V]:出力電圧,I[A]:電流
電源の印加電圧の波形を示します。
電圧が0以上のときの向きを順電圧の向きとします。
それでは負荷が抵抗負荷の場合と誘導負荷の場合にわけて負荷に加わる電圧、電流についておさえていきます。
負荷が抵抗負荷のとき
ダイオードがない場合の負荷にかかる電圧波形と電流波形はこのようになります。
負荷が抵抗負荷なので電流と電圧の位相は同じです。
この回路にダイオードをつけます。ダイオードは順電圧のときに順方向に電流をながします。
つまり、0<θ<πの間は電源電圧が順電圧なので、ダイオードは順方向に電流を流します。
図にするとこんな感じです。
次にπ<θ<2πのときの負荷にかかる電圧と電流を考えます。
このときの電圧は逆バイアスになります。つまり、ダイオードは電流を流すことができません。
そのため負荷にも電流が流れません。負荷に電流が流れないので負荷に電圧もかかりません。
負荷抵抗にかかる電圧と電流の波形は0<θ<2πのときはこのようになります。
負荷が誘導負荷のとき
負荷が図のように抵抗からコイルになります。
ダイオードがない場合の負荷にかかる電圧波形と電流波形はこのようになります。
負荷が誘導負荷なので電流は電圧に対してπ/2位相が遅れます。
この理由についてはこちらから
この回路にダイオードをつけます。
0<θ<πの間は電源電圧が順電圧です。
しかし上の波形図をみると、0<θ<π/2の間は電流がマイナスです。
これはダイオードからみると逆方向電流になります。
ダイオードは順方向電圧がかかっているときに順方向電流を流す素子です。
よって、0<θ<π/2の間は負荷に電流を流すことができません。
π/2<θ<πの期間は順方向に電流が流れるため、負荷に電流を流すことができます。
次にπ<θ<2πのときの負荷にかかる電圧と電流を考えます。
このときの電圧は逆バイアスになります。ダイオードに逆バイアスがかかると電流を流すことができません。
誘導負荷にかかる電圧と電流の波形は0<θ<2πのときはこのようになります。。。
。。。と当初私は思っていたのですが、、、そうはいかないんです。。
コイルは厄介なんです。。
先ほどの電流の波形でマズい箇所が一箇所あります。この緑枠部分です。
緑枠部分は急激に電流が変化している部分です。
なぜマズいのかv=LΔi/Δt・・・①を使って説明します。
緑枠箇所の単位時間あたりの電流の変化量は
Δi/Δt=-∞になります。
これを①式に代入するとv=-∞になってしまいます。。
これは負荷にかかる電圧波形と矛盾します。
このような理由から上の図の緑枠部分はマズいのです。。
コイルの場合、急激な電流の増減をすることができないということです。
よって電流波形はこのようになります。
本日はここまでです、毎度ありがとうございます。
