半波整流器

部品と材料

• 低電圧AC電源（6ボルト出力）
• 6ボルトバッテリー
• 1つの1N4001整流ダイオード（Radio Shackカタログ番号276-1101）
• 小型の「ホビー」モーター、永久磁石タイプ（Radio Shackカタログ番号273-223または同等品）
• ヘッドホン付きオーディオ検出器
• 0.1 µFコンデンサ（Radio Shackカタログ番号272-135または同等品）

ダイオードは正確なモデル1N4001である必要はありません。 「1N400X」シリーズの整流ダイオードはどれもこのタスクに適しており、入手が非常に簡単です。ここにリストされている「オーディオ検出器」を構築するための詳細な手順については、AC実験の章を参照してください。

まだ作成していない場合は、実験用のシンプルで価値のあるツールがありません。 ACのみが検出器回路に到達するように、オーディオ検出器を回路に「結合」するために0.1 µFのコンデンサが指定されています。

このコンデンサの値は重要ではありません。 0.27 µFから0.015 µFの範囲のコンデンサを使用して成功しました。コンデンサの値を低くすると、低周波信号が大幅に減衰し、ヘッドホンからの音の強さが弱くなるため、トーンが聞こえにくい場合は、コンデンサの値を大きくしてください。

相互参照

電気回路の教訓 、第3巻、第3章：「ダイオードと整流器」

学習目標

• 整流器としてのダイオードの機能
• AC電源とDC電源での永久磁石モーターの動作
• 電圧計で「リップル」電圧を測定する

回路図

イラスト

手順

図のように、整流ダイオードを介してモーターを低電圧AC電源に接続します。ダイオードは、電源電圧の完全な正負のサイクルの半サイクルの間だけ電流を通過させ、半サイクルがモーターに到達するのを防ぎます。

その結果、モーターは脈動にもかかわらず、一方向の電流のみを「認識」します。 電流、一方向に回転できるようにします。ジャンパー線を取り、ダイオードを瞬間的に通過させて、モーターの動作への影響に注意してください。

ご覧のとおり、永久磁石の「DC」モーターは交流ではうまく機能しません。一時的なジャンパー線を取り外し、回路内のダイオードの向きを逆にします。モーターへの影響に注意してください。次のようにモーターの両端のDC電圧を測定します：

次に、モーターのAC電圧も測定します。

ほとんどのデジタルマルチメータは、ACとDC電圧をうまく区別します。これらの2つの測定値は、モーターによって「見られる」電力のDC平均電圧とAC「リップル」電圧をそれぞれ示しています。 リップル電圧 は電圧の変動部分であり、電圧波形が実際に極性を反転させることはありませんが、測定機器によってAC量として解釈されます。

リップルは、安定したDC「バイアス」または「オフセット」信号に重畳されたAC信号として想定できます。これらのDCおよびACの測定値を、バッテリーで電力を供給されているときにモーター全体で行われた電圧測定値と比較します。

バッテリーは非常に「純粋な」DC電力を供給します。その結果、この回路のモーターの両端で測定されるAC電圧はごくわずかです。 AC電圧が何であれ モーター全体で測定されるのは、ブラシが回転する整流子バーとの接触を確立および切断するときに、モーターの脈動電流が流れるためです。

この脈動電流により、脈動電圧が回路内の漂遊抵抗の両端で降下し、その結果、モーター端子で脈動電圧が「低下」します。リップル電圧の定性的評価は、AC実験の章で説明されている高感度オーディオ検出器（DC実験の章で「高感度電圧検出器」として説明されているのと同じデバイス）を使用して取得できます。

音量を下げるには検出器の感度を下げ、次のように小さな（0.1 µF）コンデンサを介してモーター端子間に接続します。

コンデンサはハイパスフィルタとして機能し、DC電圧が検出器に到達するのをブロックし、残りのAC電圧をより簡単に「聞く」ことができます。これは、「AC結合」用のオシロスコープ回路で使用されているのとまったく同じ手法であり、DC信号は直列接続されたコンデンサによって表示されません。

バッテリーがモーターに電力を供給している場合、リップルは高音の「バズ」または「うなり」のように聞こえるはずです。バッテリーをAC電源と整流ダイオードに交換し、検出器で半波整流電力の低音の「バズ」を「聞いて」みてください。

コンピューターシミュレーション

SPICEノード番号の概略図：

ネットリスト（次のテキストを逐語的に含むテキストファイルを作成します）：

半波整流器v11 0 sin（0 8.485 60 0 0）rload 2 0 10k d1 1 2 mod1 .model mod1 d .tran .5m 25m .plot tran v（1,0）v（2,0）.end 

このシミュレーションでは、入力電圧を正弦波としてプロットし、出力電圧をAC電源電圧の正の半サイクルに対応する一連の「こぶ」としてプロットします。残念ながら、DCモーターのダイナミクスは複雑すぎて、SPICEを使用してシミュレーションすることはできません。

SPICEはAC電圧をピークで理解するため、AC電源電圧は6ボルトではなく8.485として指定されます。 値のみ。 6ボルトのRMS正弦波電圧は、実際には8.485ボルトのピークです。 RMSとピーク値の区別が関係ないシミュレーションでは、このようなRMSからピークへの変換については気にしません。

正直なところ、このシミュレーションでは区別はそれほど重要ではありませんが、ここで説明します。

関連ワークシート：

• 正確なダイオード回路ワークシート