単相ブリッジ整流

ダイオードは、アノードからカソードへ流れる向きが順方向です。この教材では順方向には流れ、逆方向には流れない理想的な素子として扱います。まず横棒の位置を探してください。

図のD1・D2は、どちらも出力の上側へ向いています。D3・D4は、どちらも出力の下側から外へ向いています。記号の向きは固定のまま、電源の極性だけが変わります。

例えばAがBより高い電位のとき、D1とD3が導通します。理想ダイオードなので、出力の上側はAと同じ電位、下側はBと同じ電位になります。

このときD2とD4は、カソード側のほうがアノード側より高い電位になるため、逆方向となって電流を止めます。AからD4を通って下へ行こうとしても逆向きですし、D1を通って上に行ったあとD2からBへ抜けようとしても逆向きです。

そのため、この接続と前提では、AからBへの導通経路は抵抗を通る道になります。まず「流れない枝を隠す」を試すと、直列の1本の道として追えます。

向きは一定になりますが、大きさは一定になりません。このように一方向で大きさが周期的に変化する電流を、脈流と呼びます。波形には山と谷が残り、入力が0 Vになる瞬間は抵抗の電流も0 Aになります。

この教材には平滑用コンデンサーがありません。コンデンサーを加えると電圧の谷を埋められますが、ダイオードの導通期間も変わるため、ここで見ている抵抗だけの回路とは分けて考えます。

入力電圧を v_AB＝V_A−V_B、抵抗の電圧を上側から下側へ測った v_R とします。理想ダイオードでは次の関係になります。

ここでは入力の最大値を10 V、抵抗を10 Ωとしたので、入力が＋10 Vでも−10 Vでも、抵抗の電圧は10 V、電流は同じ下向きに1 Aです。

入力の最大値を V_m とすると、出力電圧の1周期平均は、絶対値を取った正弦波の面積から 2V_m/π となります。入力の実効値を V と書く場合は 2√2V/π ≈ 0.900V です。最大値と実効値を取り違えないようにしてください。