概要：
フィルタとしてのコンデンサ
コンデンサは、適用される周波数に基づいてリアクタンスが変化するリアクタンス デバイスです。これは、信号に対するコンデンサの影響が周波数に基づくことを意味します。フィルタには周波数も大きく関係するため、フィルタにはコンデンサが使用されます。さらに、コンデンサは動作にエネルギーを必要としない受動部品であるため、受動フィルタ回路で使用されます。
通常、コンデンサは完全に充電されると開回路になり、通常、高周波でのリアクタンスが低いため、コンデンサは短絡回路として機能し、高周波を通過させます。逆に周波数が低い場合にはコンデンサのリアクタンスが大きくなり、低周波が通りにくくなります。リップルやその他の過渡現象はほとんどの場合非常に低い周波数を持っているため、コンデンサがそれらをブロックします。
全波整流器
上で述べたように、整流器はダイオードを使用して AC 電源を DC に変換する回路です。整流回路は 2 つの方法で設計できます。1 つは 2 つのダイオードを使用する方法、もう 1 つは 4 つのダイオードのブリッジを作成することです。
センタータップ全波整流器
2 つのダイオードを備えた全波整流回路には変圧器が必要なので、2 つのダイオードを備えた全波整流回路の回路は次のとおりです。
ダイオードは負荷 R の両端に接続されています L 点 A が点 C に対して正極性の場合、ダイオード D 1 順方向バイアスの場合と同様に動作します。ただし、点 B が点 C に対して正の電位にある場合、ダイオード D 2 これが全波整流器の仕組みです。この動作の結果、AC 電源の負の半分がクリップされ、純粋な DC 波形が出力に生成されます。
言い換えれば、最初のダイオードはAC電源の正の半サイクルで導通し、2番目のダイオードは逆バイアス状態になります。一方、負の半サイクルでは、2 番目のダイオードが導通し、最初のダイオードは逆バイアスのままになります。
コンデンサフィルター付き全波整流器
全波整流器から受け取った DC 出力には、信号の品質に影響を与えるリップルがまだ含まれています。したがって、これらのリップルを除去するには、通常、接続された負荷と並列に接続されたコンデンサが使用されます。電源がオンになり、ダイオード D がオンになるとコンデンサが充電され始めます。 1 は正の半サイクルにある順方向バイアスにあります。負の半サイクルでは、コンデンサは放電を開始しますが、完全には放電されていません。
整流器の出力には AC 成分と DC 成分の両方があり、ご存知のとおり、コンデンサが直流をブロックします。したがって、整流器出力のすべての AC 成分はコンデンサを通過し、純粋な DC 信号が負荷に残ります。
コンデンサを使用した整流器出力の最終波形は次のようになります。
全波ブリッジ整流器
全波ブリッジ整流器は、ブリッジ状に配置された 4 つのダイオードで構成されます。ただし、センタータップの変圧器が必要ないため、他のタイプに比べてコストが低くなります。ブリッジ整流器の出力はセンタータップ全波整流器とほぼ同じで、全波ブリッジ整流器の回路は以下のとおりです。
ここで、ダイオードは互いに直列であり、2 つのダイオードは半サイクルごとに導通し、正の半サイクルではダイオード D 1 そしてD 2 は順方向バイアスとなり、他の 2 つは非導通状態になります。ただし、負の半サイクルでは、他の 2 つのダイオード D 3 そしてD 4 順バイアスになります。
全波ブリッジ整流器は、各サイクルで 2 つのダイオードが導通状態にあるため、センタータップトランス全波整流器と比較して電圧降下が高くなります。さらに、ブリッジ整流器のピーク逆電圧はトランスの二次側の電圧と等しいため、高電圧アプリケーションで使用できます。どちらのタイプの整流回路も動作は同じであるため、出力波形は同じになります。
コンデンサフィルタ付きブリッジ整流器
センタータップトランス全波整流器と同様に、ブリッジ整流器のコンデンサは負荷と並列に接続されます。このコンデンサは、DC をブロックし、信号の AC 成分の通過を可能にするため、平滑コンデンサとしても知られています。
ブリッジ整流器のコンデンサ フィルタの機能はセンタータップ全波整流器の機能と同じであり、両方のタイプのリップル率は同じです。したがって、ブリッジ整流器に平滑コンデンサを接続すると波形は同じになります。より高い静電容量を持つコンデンサを選択すると、リップル率はさらに減少しますが、放電電圧は増加することに注意してください。
センタータップ全波整流器とブリッジ整流器の違い
どちらの回路も同じように動作し、同様の出力を生成しますが、この 2 つの回路にはいくつかの小さな違いがあります。
| 整流器パラメータ | ブリッジ整流器 | センタータップ全波整流器 |
| ピーク逆電圧 | PIV=V メートル | PIV = 2V メートル |
| 変圧器利用率 | 0.812 | 0.693 |
| ダイオード両端の電圧降下 | 高い | 低い |
| センタータッピング | 不要 | 必須 |
| 変圧器の KVA 定格 | 低い | 高い |
| リップル係数 | 0.48 | 0.48 |
結論
コンデンサは、さまざまな用途に使用される電荷蓄積受動デバイスであり、その 1 つは回路の出力における過渡現象のフィルタリングです。整流回路では、コンデンサは出力のリップル、つまり AC 成分を除去するために使用されます。コンデンサは常に DC を遮断するため、AC 成分のみが通過し、その後グランドに伝わります。
全波整流器はさらに 2 つのタイプに分けられ、1 つはセンタータップトランスを備えたもの、もう 1 つは 4 つのダイオードのブリッジを備えたものです。したがって、両方の全波整流回路のコンデンサは同じ動作をします。