(半波整流回路)負荷電流の増加と、負の直流電圧の関係

半波整流回路(コンデンサの電気容量一定)で、ダイオードの入力手前(交流)の点での“直流”電圧(ＤＣ)の測定を行った結果、全て負(マイナス)の値となりました。
また、負荷抵抗の値を減らしていく(≒負荷電流の増加)と、さらにマイナスの電圧の値が出ました。

なぜ、マイナスの“直流”電圧の値が出てしまうのでしょうか？

※質問文が駄文になったかもしれません。申し訳ありません。

No.3 ベストアンサー 回答者： info22 回答日時： 2007/04/15 04:01

半波整流回路では交流の正の振幅周期ではダイオードが導通状態で交流電圧はコンデンサーと負荷抵抗の並列回路に加わっています。

そしてこの周期での交流波形はコンデンサーにより平滑化されます。負の振幅周期ではダイオードが非導通状態（ダイオード以降の回路が無いのとほぼ同じ状態）で交流電圧はそのままアースとダイオードアノード間にそのまま現れます（負電圧）。
負荷抵抗の影響は交流の負の振幅周期ではダイオードが非導通であるため影響はありません。つまりダイオードの手前の電圧波形は交流電圧波形がそのまま出ます。正の振幅周期の場合はダイオードが導通状態のためコンデンサーと負荷抵抗の並列回路に交流電圧がもろに加わります。コンデンサーの両端の電圧がダイオードの手前の電圧より高い期間ではダイオードが非導通になりコンデンサーの電圧は負荷抵抗に放電されて指数カーブで減少して行きます。コンデンサーの両端の電圧がダイオード手前の電圧より低くなる期間ではダイオードが導通状態になりコンデンサーは充電されて電圧が増加します。負荷抵抗が大きいとコンデンサーの電荷の放電量が少なくコンデンサーの両端の電圧が高く保たれ、その分ダイオードが導通する期間が短くなり、負荷抵抗が小さくなるにつれコンデンサーの電荷がより多く放電されるため電圧低下が多くなりダイオード手前の電圧が高くなる期間が増えてダイオードが導通状態になる期間も増えていきます。
このことがダイオード手前の電圧波形で見るとダイオードが非導通の期間は交流波形がそのまま現れ、ダイオードが導通するとコンデンサーにより短絡された状態になって正の電圧振幅が山がカットされた波形になります。ダイオードの手前の電圧は正振幅の山がカットされ負振幅はそのままですから電圧の平均値が負電圧になります。負荷抵抗が小さくなるほど正の電圧振幅区間でダイオードの導通期間が増加して正の電圧波形の山がより多くなって、ダイオードの手前の電圧波形の平均値は小さく（負電圧が大きく）なります。

No.4 回答者： noname#74145 回答日時： 2007/04/16 23:22

実は割合簡単な理由です。

トランスを乾電池に置き換えて考えれば分かりやすいかも。

今内部抵抗の大きい電池をダイオードが順方向になるように接続し負荷をゼロオームの抵抗、つまりショート状態で考えますと。

この場合電池のマイナスとダイオードのプラス極は殆どゼロですね。
理由は負荷でショートされているからです。

次に電池の極性を入れ替えるとダイオードのプラス極は電池電圧と同じでマイナスの数値を示します。回路がオープンだからです。

実際にはこれが50又は60ヘルツの周期で入れ替わりますので平均すればマイナスを示します。

時間をゆっくり考えればプラス周期のときは針は振れず、マイナス周期の時は当然マイナスに振れる。結果針はマイナスに振れると言うわけですね。

No.2 回答者： ken3173 回答日時： 2007/04/15 03:32

ＤＣ電圧の測定というのはどんな測定器で行っていますか？

ダイオードの入力手前では交流電圧ですので、ＤＭＭ（テスタ）
のＤＣＶレンジで測定しているのであれば全くあてにならないと
思いますよ。

ちゃんと測定するにはオシロスコープのＤＣカップリングで
波形を観測し、波形とＤＣオフセットが乗っているかどうかを
見て見てください。

予測ですが、正弦波のプラス側のときはダイオード⇒負荷を通って
グランドに落ちますのでダイオードの入り口では電圧が降下します。
負荷が軽いほど電流が流れますのでよりプラス側のときの電圧降下
は大きくなると思います。
逆に正弦波のマイナス側のときはダイオードに電流は流れませんので
供給している電圧がフルで出て来ると思います。
これをＤＭＭ（テスタ）のＤＣＶレンジで測定すると、
プラス側のときは約０Ｖ、マイナス側のときはは－＊Ｖ
なのでマイナスの電圧が表示されていたのかな？と想像します。

いずれにしてもオシロで波形を見ていただくのが一番だと思います。
以上通りすがりのたわごとでした・・・

No.1 回答者： t-yamada_2 回答日時： 2007/04/15 03:27

コンデンサの極性が逆だとかありませんか？

http://www.picfun.com/partpwr.html