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出力電流を大きくするとリップル電圧が大きくなるのはどうしてですか?また,リップル率が大きいと何が不都合なのでしょうか?よろしくおねがいしますm(_ _)m

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A 回答 (3件)

1.>出力電流を大きくするとリップル電圧が大きくなるのはどうしてですか?



先ず半波整流回路で説明します。
http://www.picfun.com/partpwr.html
上から1/4くらい・・・[整流平滑回路]の(1)半波整流回路 のところを見てください。
(この回路図は不十分です。本当は、[Vout]と[0]の間に負荷がつながります。これを仮に[R1]とします)

もし、コンデンサ(C1)がないと、出力には「整流直後の波形」のような波形が現われます。(リプル率100%)
C1があると、入力電圧が下降のサイクルに入っても、”コンデンサから電流が供給される”ので、電圧はあまり下がらず、「平滑後の直流波形」中の赤線のようになります。
(この図は、ほぼリプル率50%です)

コンデンサの容量が十分大きいと、谷の部分がほとんどなくなります。(リプル0に近付く)
コンデンサの容量が小さいと、直ぐに放電仕切ってしまい、間に電圧0Vの箇所ができることがあります。

この図からおわかりのように、コンデンサC1の容量が同じ場合、負荷抵抗R1が小さいと、大電流が流れるので、放電が早くリプルは大きくなります。
リプルを同じにするためには、大きい容量のコンデンサが必要です。

両波整流の場合は、同じ容量のコンデンサでも、放電しきらないうちに次の整流出力が供給されるので、リプルは小さくなります。
(同じリプルにするには、容量は小さくてよい)

リプルについては、下記のQ/Aもご参照ください。
もう少し詳しく解説しています。
http://security.okwave.jp/kotaeru.php3?q=2129380

2.>リップル率が大きいと何が不都合なのでしょうか?

オーディオアンプではハム(ノイズ)の原因になります。
ただし、アンプ回路にはデカップリング回路があり、更にリプルを減少させる機能があるので、通常数V以下なら問題になりません。
(プリアンプであればもっと厳しい)

また、リプルがあるということは、電源電圧が低いのと同じであり、最大出力の確保ができなくなります。
(オーディオアンプでも無線送信機でも同じ)

一般に、アンプの出力と電源電圧の関係は、
  W=Vcc^2/8RL
の関係で表されます。ただし、
  W:最大出力
  Vcc:電源電圧
  RL:負荷抵抗

例えば、負荷抵抗8Ωで100Wの出力を出すためには、80Vの電源が必要です。

ここで、整流後の尖頭電圧100V,リプル率30%の電源は、谷間で70Vになってしまうので、100W出力は出せません。
コンデンサの容量を上げて、リプル率20%にしてやれば、谷間でも80Vあり、最大出力100Wが確保できます。

ANo.2の方が言っておられるレギュレータ問題も同じです。
例えば、マージン1.0Vが必要な、出力8Vの3端子レギュレータは、入力9.0Vを確保してやらなければなりません。

整流後の尖頭電圧10.0Vでリプル率20%では、谷間で8.0Vとなりレギュレータの役目をしません。
コンデンサの容量を上げて、リプル率10%以下にする必要があります。

参考URL:http://www.picfun.com/partpwr.html
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この回答へのお礼

遅くなってしまい大変申し訳ありません。
よく分かる回答ありがとうございました。

お礼日時:2006/08/30 10:20

出力電流を大きくするとリップル電圧が大きくなるのはどうしてですか?



答え コンデンサーから流れ出ますから(放電)徐々に下がっていくのです 電流が大きければ早く下がります
でも整流器を通して充電されますが ある程度大きくなってからなので充電と放電を繰り返すのです

リップル率が大きいと何が不都合なのでしょうか?

答え 整流し平滑した後 今では安定化回路かレギュレーターICを入れますがリップルが少しばかり出るのです
精密な電子回路ではこれでも影響が起こる場合があるのです、ノイズとして出て来ます
ハイファイオーディオでしたら50Hz又は100Hzがスピーカーから出るのです
レギュレーターが入っておれば普通は間に合いますが、ディジタル回路でしたら問題ありません
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単純な電源(整流して平滑)の場合、電源が交流で整流時に脈流として断続てきに供給するのを、平滑コンデンサーで一定にしていますが、出力がなければほぼ一定なのですが、出力が大きくなるにしたがって入力された脈流分がそのまま出力に現れます。

これをリップルといい電圧が波打つ為、リップルは少ないほうが
いいとされています。
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Q『リップル』とは?

電源系の話の中で、よくリップルという言葉を聞きます。
リップルってなんですか?

Aベストアンサー

主にACをDCに変換したときに残っている交流成分です。
平滑回路がプア-だとリップル成分が残りDCを必要としている回路に影響が出ます。
交流成分のMAXとMINの電圧差を直流成分の平均値でわったものをリップル率とします。

参考URL:http://www-nh.scphys.kyoto-u.ac.jp/~enyo/kougi/elec/node11.html

Q整流回路(平滑化とリップル率)

交流から直流を得るために、ダイオードブリッジによる整流回路を組み、電圧を平滑化するためにコンデンサーを追加して、コンデンサーに並列に負荷抵抗を接続して電圧リップルを測定したところ、負荷抵抗の値が大きくするほど、リップル率が小さくなる傾向がみられました。
どういう理論でこうなるのでしょうか?CR回路の充放電特性が関係しているのですか?
お分かりになる方どうかよろしくお願いします。

Aベストアンサー

単純に放電によってです
充電しなながら放電しているのですが充電はピーク付近のみで(コンデンサの電圧と同じかより低いと充電されなくなるから)放電は常に放電されております
ですから負荷が無ければ放電はありませんのでコンデンサが不良で無ければリップルはありません
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Q平滑回路の特徴について

(1)平滑回路には、コンデンサインプット形とチョークコイルインプット形がありますが、
コンデンサインプット形は、高電圧が得られるが、電圧変動が大きい
チョークコイルインプット形は、電圧変動が小さいが、高電圧が得られない
とあるのですが、この理由と言うか、回路を見てもなぜそうなるのかがわかりません。両者の特徴についてその原理を教えていただけないでしょうか。

(2)また、平滑回路にさらに直流にするためろ波回路なるものをつけるとあるのですが、どういうものなのでしょうか。

(3)また、このチョークコイルとはどういったコイルなのでしょうか?構造など一般的にいう鉄心に巻きつけたようなコイルとは違うのでしょうか。

Aベストアンサー

1.コンデンサ入力型では直流電圧が(理想的には)整流器出力のピーク値(交流電圧のピーク値)になります。それに対してチョーク入力では(理想的には)平均値になります。(チョークコイルが電圧の脈動分を吸収するため)
結果、コンデンサインプットの方が電圧が高くなります。(単相全波整流で1.5倍くらい)
また、コンデンサ入力では、交流一周期のうち、ダイオードが導通している時間は短くて、大半の期間はコンデンサから負荷電流を供給しています。このため負荷電流が増えるとコンデンサ端子電圧の低下が大きくなって、リプル電圧が増えると同時に平気電圧が下がります。
これにたいしてチョーク入力では、ダイオードが連続して導通していて、電圧低下が抑えられます。(ただし、チョークコイルが有効に働いてダイオードを連続して導通させるためには、コイルに常に電流が流れるよう一定以上の負荷電流を流す必要があります。軽負荷から無負荷の部分では急速に電圧が変化します。)

2.電圧の脈動分を除去する回路です。通常は直流電圧を安定化する回路が同時にフィルタ(ろ波)の機能も持っています。(ちなみに、チョークコイルや平滑コンデンサもろ波回路(の一種あるいは一部)です。

3.直流電流を流せるように作られているコイルです。普通に鉄心にコイルを巻いただけだと、直流電流で鉄心が磁気飽和してコイルとして作用しなくなります。これを防ぐために直流用のコイルでは鉄心の途中にギャップをつけて磁束密度が上がり過ぎないようにしています。

1.コンデンサ入力型では直流電圧が(理想的には)整流器出力のピーク値(交流電圧のピーク値)になります。それに対してチョーク入力では(理想的には)平均値になります。(チョークコイルが電圧の脈動分を吸収するため)
結果、コンデンサインプットの方が電圧が高くなります。(単相全波整流で1.5倍くらい)
また、コンデンサ入力では、交流一周期のうち、ダイオードが導通している時間は短くて、大半の期間はコンデンサから負荷電流を供給しています。このため負荷電流が増えるとコンデンサ端子電圧の低下が...続きを読む

Q電圧(負荷)変動率やリップル含有率はなぜ低い方がいいんですか?

直流安定化電源に電圧(負荷)変動率やリップル含有率が
何パーセント以下という特徴?というか仕様になっていますが、
なぜ、低い方がいいんですか??

Aベストアンサー

例えば簡単なトランジスタ1石の増幅回路を考えてください。ここでトランジスタは負荷に対する抵抗値の変化で負荷に対する電力を制御していますが、電源電圧が変動したりリップルを含んでいると、本来の出力にこの変動が乗って出力されてしまいます。実際の回路ではバイアスの与え方などの工夫でこのような影響を避けるようになっていますが、できる限り電源の電圧は電圧の安定した、完全な直流であることが望ましいことに変わりはありません。

また、大きな電力を出力すれば当然ながら電源にも大きな電力が流れます。このときに電源の電圧が不安定ですと、大きな出力が出た瞬間に電圧の低下が起き、出力波形がひずんでしまいます。リップルについては出力が電源のリップルで振幅変調(俗にモジられるなどといいます)が掛かって、やはり入出力の関係が悪化します。

Q安定化電源のリップルやノイズについて

安定化電源を使用し精密機器を使用されておられる識者様や精通されておられる識者様に数問の質問があります。
Q1:リップス値とは何を示してる値なのですか?
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   供給源とする機器などに及ぼす影響などがあれば教えて下さい。
Q2:安定化電源の使用目的は、ラジコンに使用する2次電池の
   充放電器になります。
   2次電池の能力を確実に充電したい場合や、
   放電器をパソコンとリンクして2次電池の正確な電流値などの
   計測をしたいと思っていますが、
   この様な使用用途を正確で確実にしたい場合には、
   ローノイズを図った安定化電源を使用する方が良いとは思うのですが、
   ローノイズでない物と比較した場合、
   満充電した2次電池の走行時間が体感的に分かったり、
   放電時のグラフの数値が誤差範囲内ではない程の影響が
   あるのかを教えて下さい。

カテゴリー違いと思いますが、回答を宜しくお願いいたします。

Aベストアンサー

理想的な安定化電源は完全な直流電圧を出力するものですが、実際の電源はそれに変動が含まれまれ、それをリップルやノイズと呼びます。
(ノイズはランダムに変動するもので、リップルは周期的なものと考えてよいと思います)
これの影響ですが、この後に高精度な回路を使用する場合、このリップルやノイズが信号にノイズ分として加算されるためにこれらが小さいものが必要となります。
実際にはこの電源に接続される回路のPSRR(電源電圧変動除去比)という係数を掛けたものが出力に加算されるのですが、Q2の内容からするとよほどリップルが大きい物でない限りほとんど差は感じられないと思います。
影響の有無はリップルとPSRRから測定対象信号の変動量を計算し、必要とする精度(ばらつき)に対して無視できるレベルかどうかで判断します。

Qコンデンサの「リプル」とは?

お世話になります。
コンデンサの規格を見ると「リプル電流」という言葉が出てきますが、そもそもこの「リプル」とはどういった意味なのでしょうか?
わかりやすくお教えいただければ助かります。
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

誠に僭越で恐縮ですが・・・

>つまり電源電圧変動を抑えるために、コンデンサが蓄えていた電流をどれだけ放出できるかという性能を示すものと理解してよいのでしょうか?

これは、全く逆の方向に理解が行っていると思いますので、あえて書き込みさせていただきます。

電気の世界では、「ripple:脈動電流」としています。
例えば50Hzを両波整流して得られた電源からは、100Hzの脈流電流(リプル)が平滑回路のコンデンサに流れ込みます。
(交流電流は、ダイオードで整流しただけでは「脈流」であり、コンデンサを通って初めて、平らな「DC」になることにご留意ください)

コンデンサにとってはこの脈動電流は負荷になります。
コンデンサ自体には、「ESR:等価直列抵抗」という特性があります。
これが、脈流電流によってジュール熱を発生し、場合によっては、コンデンサが破壊されることがあるからです。
電解コンデンサは、特にこのESRが大きいので、熱破壊を防止するために、「リプル耐量」を規定する必要があり、これを表示することになっています。
「リプル電流の大きい方が性能がよい」というのは、「耐量=許容量」、が大きいということなのです。
コンデンサには「定格電圧」というのがありますが、これと同じようなもの、と考えてもらってもよいかと思います。
(タンタルコンは電解コンデンサの一種であるが、ESRが小さいという特長がある)

メーカーサイトの資料です。1-2に「リプル電流が大きいと、コンデンサの等価直列抵抗分(ESR)によって自己発熱(ジュール熱)によって破壊する」という説明があります。
http://www.chemi-con.co.jp/support/chuui/C02.html

メーカーサイトの資料ですが、上記よりももう少し詳しく書いてあります。
http://www.rubycon.co.jp/notes/alumi_pdfs/Life.pdf

なお、「tanδ=誘電損失係数」も交流特性のひとつですが、ESRが低周波で問題にされるのに対し、tanδは高周波での特性を表すものと考えられます。

参考URL:http://www.chemi-con.co.jp/support/chuui/C02.html

誠に僭越で恐縮ですが・・・

>つまり電源電圧変動を抑えるために、コンデンサが蓄えていた電流をどれだけ放出できるかという性能を示すものと理解してよいのでしょうか?

これは、全く逆の方向に理解が行っていると思いますので、あえて書き込みさせていただきます。

電気の世界では、「ripple:脈動電流」としています。
例えば50Hzを両波整流して得られた電源からは、100Hzの脈流電流(リプル)が平滑回路のコンデンサに流れ込みます。
(交流電流は、ダイオードで整流しただけでは「脈流」であり、コ...続きを読む

Q計算値と理論値の誤差について

交流回路の実験をする前に、ある回路のインピーダンスZ(理論値)を計算で求めたあと、実験をしたあとの測定値を利用して、同じ所のインピーダンスZ(計算値)を求めると理論値と計算値の間で誤差が生じました。
そこでふと思ったのですが、なぜ理論値と計算値の間で誤差が生じるのでしょうか?また、その誤差を無くすことはできるのでしょうか? できるのなら、その方法を教えてください。
あと、その誤差が原因で何か困る事はあるのでしょうか?
教えてください。

Aベストアンサー

LCRのカタログ値に内部損失や許容誤差がありますが、この誤差は
1.Rの抵抗値は±5%、±10%、±20% があり、高精度は±1%、±2%もあります。
2.Cの容量誤差は±20% 、+50%・ー20% などがあり
3.Lもインダクタンス誤差は±20%で、
3.C・Rは理想的なC・Rでは無く、CにL分、Lに抵抗分の損失に繋がる成分があります。
これらの損失に繋がる成分は、試験周波数が高くなると、周波数依存で増大します。
また、周囲温度やLCRの素子自身で発生する自己発熱で特性が変化します。
測定器や測定系にも誤差が発生する要因もあります。
理論値に対する測定値が±5%程度発生するのは常で、実際に問題にならないように、
LCRの配分を工夫すると誤差やバラツキを少なく出来ます。
 

Q整流回路の理論値

整流回路を使用して、入力にトランスを使用し、負荷抵抗(可変)Rlに流れる電流ioに対する出力電圧Vo(DC)、リプル電圧Vp(AC)を測定しました。また、その出力波形を観察しました。使用した整流回路は、(1)ダイオードとコンデンサに負荷抵抗を接続した回路、(2)CRリプルフィルタ((1)の回路に微分回路と負荷抵抗を接続)、(3)トランジスタを用いたリプルフィルタ、(4)定電圧回路、です。

これらの整流回路を用いたときの、出力電圧とリプル電圧の理論値を求めたいと思っています。
ダイオードを抵抗として考えると、出力電圧(DC)の理論値は求められるような気がしています。この考えは合っているでしょうか?
また、(1)の回路では、出力波形にみられるリプル成分の傾きを求め、リプル電圧の理論値が出せると思います。しかし、他の場合のリプル電圧の理論値の導き方が分かりませんでした。

参考書などを調べたのですが、それぞれの回路がどのような特徴があるといったことは書いているのですが、理論値の出し方は載っていませんでした。どなたか教えてください。お願いします。

整流回路を使用して、入力にトランスを使用し、負荷抵抗(可変)Rlに流れる電流ioに対する出力電圧Vo(DC)、リプル電圧Vp(AC)を測定しました。また、その出力波形を観察しました。使用した整流回路は、(1)ダイオードとコンデンサに負荷抵抗を接続した回路、(2)CRリプルフィルタ((1)の回路に微分回路と負荷抵抗を接続)、(3)トランジスタを用いたリプルフィルタ、(4)定電圧回路、です。

これらの整流回路を用いたときの、出力電圧とリプル電圧の理論値を求めたいと思っています。
ダイオードを抵抗として考えると、...続きを読む

Aベストアンサー

(1) の回路でリップル電圧をまともに計算すると以下のようになります(式の導出は省略します)。

ANo.2 の回路はちょっと書き直しました( 信号源の出力抵抗 R を Z としただけです )。

           Di
  Vin ┌─ Z ─ r ─┬──┐Vout        ┌──┐Vout
     │        │i1  │i2          │i1  │i2
   信号源       C ↓ RL ↓          C ↓ RL ↓
     │        │   │           │   │
     └────-─┴──┘           └──┘
    (1) 充電時                   (2) 放電時

        【 コンデンサインプット型整流回路 】

(1) 充電時の出力電圧
ダイオードがONのときの等価回路を抵抗 r、入力信号を Vin = A*sin(ω*t) 、充電開始時(t = 0 )の出力電圧を Vout = V[n] としたとき
   Vout = [ [ V[n]*{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } + A*RL*{ ω*C*R*RL*cos(ω*t) - ( R + RL )*sin(ω*t) } ]*exp{ -( R + RL )*t/( C*R*RL ) } - A*RL*{ ω*C*R*RL*cos(ω*t) - ( R + RL )*sin(ω*t) } ]/{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } --- (1)
となります。ただし、R = Z + r です。

(2) 放電時の出力電圧
放電開始時( t = 0 )の出力電圧を V[n+1] とすれば、ANo.2で計算したように
   Vout = V[n+1]*exp{ -t/( C*RL ) } --- (2)

(3) 十分時間が経過したときの Vout
(1)の計算では、初期電圧を V[n] と一般化しましたが、最初はゼロ( V[0] = 0 )とおけば、充電期間の最後( t = π/ω ) の電圧は、式(1)で V[n] = 0、t = π/ω としたときの値になります。この電圧は、次の放電の開始電圧に等しいので、その値を V[1] とすれば、その放電期間が終了した時の電圧は、式(2)で V[n+1] を V[1] に置き換えて、t = π/ω としたときの値になります(この計算では各区間の開始時間を t = 0 としています)。この値は次の充電期間の開始電圧となますが、このように、各サイクルの初期電圧はサイクル数が進むに従ってどんどん変わっていくので、最終的なVout の最大値と最小値を求めるのは一見困難です。しかし、十分時間が経過すれば、それらの電圧は一定値に収束するはずです。つまり、充電の開始電圧 V[n] は次の放電の終了電圧に等しくなるはずです。したがって、式 (2) で、 t = π/ω とした値は V[n] に等しいはずなので

   V[n] = V[n+1]*exp{ -π/( ω*C*RL ) } --- (3)

この式の V[n+1] というのは、その前の充電期間の終了電圧ですので、これは式 (2) で t = π/ω としたときの値 に等しいはずです。

   V[n+1] = [ [ V[n]*{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } - A*ω*C*R*RL^2 ]*exp{ -π*( R + RL )/( ω*C*R*RL ) } + A*ω*C*R*RL^2 ]/{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } --- (4)

式(3), (4) から

   V[n] = A*ω*C*R*RL^2*exp{ -π/( ω*C*R*RL ) }*[ 1 - exp{ -π*( R + RL )/( ω*C*R*RL ) } ]/{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 }/[ 1 - exp{ -π*( 2*R + RL )/( ω*C*R*RL ) } ] --- (5)
   V[n+1] = V[n]*exp{ π/( ω*C*RL ) } --- (6)

となって、最終的なVout の最大値と最小値が求められました。V[n] < V[n+1] なので、リップル電圧は

   ΔV = V[n+1] - V[n] = V[n]*[ exp{ π/( ω*C*RL ) } - 1 ]

(4) Vout の平均電圧
リップル率の計算には、Voutの平均電圧 Vm が必要ですが、これは、充放電時の波形がすでに計算できているので、それを時間で積分して、積分区間で割った値になります。この場合、積分区間は充電時も放電時も t =0 から π/ω になります(各区間の始まりを t = 0 としているので)。つまり

   Vm = ω/π*∫[ t = 0 ~ π/ω ] [ [ V[n]*{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } + A*RL*{ ω*C*R*RL*cos(ω*t) - ( R + RL )*sin(ω*t) } ]*exp{ -( R + RL )*t/( C*R*RL ) } - A*RL*{ ω*C*R*RL*cos(ω*t) - ( R + RL )*sin(ω*t) } ]/{ ( R+ RL )^2 + ( ω+C*R*RL )^2 } dt + ω/π*∫[ t = 0 ~ π/ω ] V[n+1]*exp{ -t/( C*RL ) } dt

となります。この積分は難しくありませんが大変複雑な式となります。リップル率は ΔV/Vm で計算できます。

(1) の回路でリップル電圧をまともに計算すると以下のようになります(式の導出は省略します)。

ANo.2 の回路はちょっと書き直しました( 信号源の出力抵抗 R を Z としただけです )。

           Di
  Vin ┌─ Z ─ r ─┬──┐Vout        ┌──┐Vout
     │        │i1  │i2          │i1  │i2
   信号源       C ↓ RL ↓          C ↓ RL ↓
     │        │   │           │   │
     └────-─┴...続きを読む

Q半波整流回路におけるリプル電圧の求め方

半波整流回路におけるリプル電圧の求め方が載っているサイトを教えてください。

Aベストアンサー

>平滑回路の時定数が大きければ、一次近似する手がありそう。
                 ↓
リップル 20 % 以下なら、二次近似で「導通角」が勘定できそうです。
  cos(x) ≒ 1 - (1/2)*x^2
  e^(ax) ≒ 1 + ax + (1/2)*(ax)^2
を使用。

・低リップルに見合う時定数なら、導通がオフになるのは整流波形のピーク時とみなせる。
・次に導通オンとなるタイミングの近似値 xa は、二次方程式:
  Ax^2 + Bx + C = 0,  : A = (1+a^2)/2, B = a(2πa-1), C = 2a(πa-1)
 の正値解として得られる。
・xa が「導通角」。
・(規準化した)リップル幅は
  1 - cos(xa)
 に近似。

スプレッドシート(EXCEL など)で簡単にグラフを描けます。
(二次)近似誤差の感じもつかめますよ。
  

QCR発振の原理

トランジスタのCR発振の原理について説明が出来る方、おおまかでもよろしいのでお願いします。

Aベストアンサー

No.2のymmasayanです。補足です。
移相回路で180度遅らせると書きましたが、参考URLの場合は180度進ませるです。
(移相回路がCRの接続の仕方で2種類あります)
進みでも遅れでも180度で反転ですので結局は同じことなのですが。


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