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整流回路と平滑回路とダイオード

整流回路と平滑回路とダイオード

ダイオードと整流作用の仕組み、コンデンサによる平滑についてみていきましょう。

 

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PN接合ダイオード

半導体を使った電子部品を半導体素子といいます。

P型半導体とN型半導体を接合した半導体を「PN接合ダイオード」といいます。

P型半導体には、正孔とアクセプタがあり、N型半導体には自由電子とドナーがあります。

PN接合部付近では、P型半導体にあった正孔の一部がN型半導体の中に移動し、N型半導体にあった自由電子の一部がP型半導体の中に移動します。

そして、移動してきた正孔と自由電子が結合します。

その結果、接合付近では、電気の運び手となる正孔と自由電子がなくなり、P型半導体側には正孔を失ってマイナスにイオン化したアクセプタが残り、N型半導体側には自由電子を失ってプラスにイオン化したドナーが残った空乏層と呼ばれる部分ができます。

空乏層は分極しているので、電位差があります。P型半導体側をアノード、N型半導体側の電極をカソードといいます。

PN接合ダイオードはP型からN型には電流を流しますが、N型からP型へは電流を流しません。

このような一方向のみに電流を流すことを「整流作用」といいます。

 

 

整流作用に仕組み

電流を流す方向にかける電圧のことを「順方向電圧」といい、電流が流れない方向へかける電圧のことを「逆方向電圧」といいます。

PN接合ダイオードのアノードに直接電源のプラス極をカソード側にマイナス極をつなぐと順方向になります。

こうすると、P型の正孔はカソードに、N型型の自由電子はアノードに引き寄せられます。

正孔と自由電子が移動することで電流が流れた状態になります。

アノードに直接電源のマイナス極を、カソード側にプラス極をつなぐと逆方向になります。

逆方向の場合は、P型の正孔はアノードに、N型の自由電子はカソードに引き寄せられます。

このときは、空乏層が広がるだけで電流は流れません。

 

半波整流と全波整流

ダイオードは順方向に電流を流し、逆方向には電流を流しません。

交流は、電圧の正負が周期的に変化しています。

そのため、交流電圧をダイオードにかけると、ダイオードは交流の正の部分だけ電流を流します。

ダイオードは交流を一方向にしか流さないことで、直流に変換することを「整流」といいます。

その回路を「整流回路」といいます。

1個のダイオードで、正弦波交流の正の部分だけを通過させて、直流に変える整流回路を「半波整流」といいます。

4個のダイオードに接続したプリッジ回路にすると、正弦波交流の負の部分も取り出すことができます。

このような整流回路を「全波整流」といいます。

 

コンデンサによる平滑

ダイオードは交流を直流に変換して電流の向きを一定にしますが、電圧の変化はあります。

このような電流を「脈流」といいます。

電圧が一定でないため、直流電源として使うことはできません。

脈流を直流に近づける回路を「平滑回路」といいます。

平滑回路はコンデンサを利用しているので平滑コンデンサといいます。

コンデンサは蓄えられている電圧より大きい電圧が加えられると充電し、逆に蓄えられている電圧より低い電圧が加わると放電します。

半波整流の波の頂点を過ぎると交流電源の電圧は小さくなります。

このときコンデンサは放電を始めます。

コンデンサの放電が電源電圧の減少を補うため、波形は直線に近くなります。

 

コイルによる平滑

コイルは電流が大きいときは電流の流れを妨げようとし、電流が小さいときは流しやすくする性質があります。

そのため、脈流の電圧の変化を抑えることができます。

この働きを利用して平滑化するコイルを「チョークコイル」または「平滑コイル」といいます。

一般にチョークコイルは平滑コンデンサと組み合わせて使います。

 

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半導体とは

半導体とは、電気伝導性の良い金属などの導体と電気抵抗率の大きい絶縁体の中間的な抵抗率をもつ物質をいいます。

代表的なものとしては元素半導体のケイ素などがあります。

電子工学で使用されるICのような半導体素子はこの半導体の性質を利用しているのです。

 

まとめ

 

ダイオードと整流作用の仕組み、コンデンサによる平滑についてみてきました。

人類が抱えているエネルギー問題、

現在の暮らしを見つめなおして、

未来の暮らしを考えてみましょう。

それでは、最後まで読んでくださって

どうもありがとうございました!^^

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してくださると幸いです◎




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