コッククロフト・ウォルトンの回路の原理が理解できません。
gundogさんのサイト
http://www15.plala.or.jp/gundog/homepage/densi/h …
を見て、倍電圧整流回路と半波倍電圧整流回路 は説明を読むとなんとなく
理解できます。しかしコッククロフト・ウォルトンの回路の説明はあっさり
していて理解できません。要はコンデンサーを並列にならべて充電して、
直列にならべて放電するらしいんですが、回路を何回見ても+、-が
ごっちゃになって理解できません。
だれかわかりやすく説明していただけないでしょうか。

A 回答 (6件)

もうちょいわかりやすく、ってなリクエストがあったようなので。


ご質問のURLにある図で、便宜上、上段のコンデンサに左からC2,C4,C6,..の番号を、下段のコンデンサにも同様に左からC1,C3,C5と番号をつけます。コンデンサの電圧は、右向きを+にとります、ダイオードも左からD1,D2,D3,D4,,と番号をつけます。
左の交流電源が±Eの電圧を出す(上向きを正とする)とし、とりあえず負荷電流は流れていない無負荷状態とします。
電源が、-Eのとき、D1を通じてC1が-E(ということは、左側が+)に充電されます。次の半サイクルで電源がEになったとき、C2にはD2を通じてC1の電圧と電源の電圧の和-2Eがかかり、-2Eに充電されます。次の半サイクルでは、C1とC3の直列回路にはD3を通じて、電源電圧E+C2の電圧2Eの和、3Eがかかり、C1とC3の直列回路は-3Eに充電され(C1が-Eに充電されているので、C3自体は-2Eに充電される)ます。で、次の半サイクルでは、C2とC4の直列回路に、電源+C1+C3の電圧4Eがかかって、この直列回路は-4Eに充電(C2が-2Eに充電されているので、C4はー2Eに充電され)という具合に、半サイクルごとにn-1段目の充電電圧と電源電圧が直列になって、n段目のコンデンサを充電する、という具合に充電が行われ、定常的にはC1が-E,C2以降は-2Eに充電され、最終段には-nEの電圧がかかるようになります。
実際には、n段目のコンデンサを充電するときには、n-1段目までのコンデンサが放電するので半サイクル毎に一段分ずつ2Eの充電が完了できるわけじゃなく(放電分しただけ低い電圧になる)各段は順次2Eに向けて電圧が上がってゆくのと、電圧が負荷電流をとっているので、負荷電流分の充電も行われますが、大雑把にはこんな感じです。
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No5


追記。
時間差と言うより、わずかでも抵抗があれば電圧が現れると理解する方が正しいかも知れません。
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No1さん、ありがとうございます。


大雑把ながら理解できるかと思います、ダイオードだけに着目するとすべて直列に繋がっているので惑わされましたが、電圧がかかった時にはダイオードといえどもわずかの抵抗があり、コンデンサーはほとんど抵抗が無いため現実の現象には非常にわずかの時間差攻撃?の影響が無視できないようですね。
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No1さん、言葉だけの知識、生半可な知識をひけらかしているだけです。


本当に理解しているのなら、素人に解るように説明してみたら・・・・。
ものすごく勉強になりますよ。
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例えば、半波倍電圧整流回路に於いて、



回路図のD2で入力交流電圧が入力端子のB側がA側に対して正になった場合にC1にその尖頭電圧よりダイオードD2の順方向電圧を差し引いた電圧で充電されます。

端子AとBの電位差が逆になった時は、その電圧にC1に充電された電圧が加わりダイオードD1の順方向電圧を差し引いた電圧でC2が充電されます。

倍電圧回路では出力側に流せる電流が入力側に比べて半分以下になる点に注意が必要で、コッククロフト・ウォルトン回路みたいに何倍にも電圧を上げる場合、入力電流に対してその何分の一未満の電流しか取り出せないという欠点があります。
 出力電力 = 入力電力 - 倍電圧回路の損失電力
ですから。
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コンデンサを並列に充電して、直列にして放電、というのはインパルス電圧の精製に使われているマルクスジェネレータかと思います。


コッククロフトでは、n段目のコンデンサを充電するさいに、トランスの電圧にn-1段目までの充電電圧を直列にして使う、というような挙動をしています。

この回答への補足

やっぱり最初から勘違いでしたか。
それでもうちょっと詳しい解説おねがいします。

補足日時:2011/04/22 21:39
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本当はどちらなのでしょうか?

Aベストアンサー

並列共振か直列共振かは一つの周波数で考えていては判断できない。
直流からうんと高い周波数までを考えると簡単に区別できる。

共振回路から適当に2端子を選んでそのインピーダンスを考ると
直列共振の場合
コンデンサが直列に入るので直流でのインピーダンスは無限大
コイルが直列に入るので高周波でのインピーダンスは無限大
途中の周波数でインピーダンス最小
並列共振の場合
コンデンサでショートされるので高周波でのインピーダンスはゼロ
コイルでショートされるので直流でのインピーダンスはゼロ
途中の周波数でインピーダンス最大

トランジスタを使ったAMラジオの場合、次段の入力から共振回路を
見ると大抵の場合は並列回路になっているが直列回路の構成が不可能なわけではない。

Qがある程度高い場合で共振周波数付近だけを考えるのであれば
並列共振と直列共振は等価変換が出来るのであまり厳密に考える
必要は無く都合のよいほうを選べばよい。

Qコッククロフト・ウォルトン回路の出力電圧の理論値について

コッククロフト・ウォルトン回路の出力電圧の理論値について

ネット上を探すと2種類の情報が出てきて困っています。
次の式のどちらが正しいのでしょうか。
また自分で実験をしてみるとどうも1の式が合っているような気がするのですが,導いてみると2の式になってしまい,これも困っています。
もし下で示した導出が間違っていたら指摘をいただけると幸いです。
1.出力電圧=入力電圧×(段数+1)
2.出力電圧=入力電圧×2×段数

1の式を肯定するものと思われる情報
http://books.google.co.jp/books?id=R7VDv3_xHMQC&pg=PA12

2の式を肯定するものと思われる情報
http://books.google.co.jp/books?id=vxGO4_B98gsC&pg=PA5
http://books.google.co.jp/books?id=28CVMxEHrCQC&pg=PA30
http://books.google.co.jp/books?id=g9OFskS5cLUC&pg=PA120

GoogleBooksで探すと圧倒的に2の式が多いですが,
日本語でコッククロフト・ウォルトン回路について検索して出るページではほぼ確実に1の式であるのも悩みどころです。

自分でといたもの
http://fx.104ban.com/up/src/up20548.jpg
1.元の回路です。入力は簡単のため±1[V]のパルス波形とします。
2.C1に電源から1[V]に充電されます。よく考えたら右側でダイオードが導通しているのは変ですが結果は変わらないので放置します
3.電源の方向が変わって,C1と電源の直列接続によってC2が2[V]に充電されます。
4.電源の方向が変わって,C2によってC3が2[V]に充電されます。
5.電源の方向が変わってC3によりC4が2[V]に充電されます。よって電圧4[V]を得ることができます。
同様にしてC6も2[V]に充電されるので6[V]を得ることができ,つまり式2が正しいといえます。

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次の式のどちらが正しいのでしょうか。
また自分で実験をしてみるとどうも1の式が合っているような気がするのですが,導いてみると2の式になってしまい,これも困っています。
もし下で示した導出が間違っていたら指摘をいただけると幸いです。
1.出力電圧=入力電圧×(段数+1)
2.出力電圧=入力電圧×2×段数

1の式を肯定するものと思われる情報
http://books.google.co.jp/books?id=R7VDv...続きを読む

Aベストアンサー

私の昔の記憶によれば式2が正しかったはず。

1式を肯定する情報としてあげられている本では、
コッククロフト・ウォルトン回路の概念を説明しているだけで、
実際の回路の話はしていませんよ。したがって、式1も式2のどちらも否定も肯定もしていません。

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Q一石トランジスタラジオの回路の説明をお願いします。

一石トランジスタラジオの回路の説明をお願いします。

ラジオを製作したいのですが、電磁気学について初心者で全然分かりません。
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Aベストアンサー

ごく簡単に動作原理を説明しますね。
アンテナで受信したAM放送波を、
LとVCで同調回路として受信したい放送局の周波数に合わせます。
トランジスタで増幅と、AM放送の信号を検波します。
クリスタルイヤホンで検波した放送を聴きます。
抵抗・コンデンサはトランジスタを動作させるために必要な部品です。

電子工学の基礎的部分ですので、個々の部品は下記のサイトが参考になります。
また、『初歩のラジオ』『トランジスタ技術』などの入門書を読まれれば理解が深まると思います。

電気の資格を取ろう
http://www.eonet.ne.jp/~imagawa/denki_kiso/index.html

Qコッククロフト回路の各コンデンサーの静電容量はどうすれば良いですか

コッククロフト回路を組むに当たって、

全ての段で同じ静電容量のコンデンサーを使うのと、
段数が上がっていくにつれて、徐々にコンデンサーの静電容量を減らしていくようにするのとでは、違いは出るでしょうか?

段数が上位になってくるにつれて、流れる電荷は少なくなって来るそうなので、
初段とn段目で同じ静電容量のコンデンサーを使っても、n段目のコンデンサーはすぐにフルチャージされず(電圧が極みに達しない)、複数回の充電が必要になると思います。

初段にxマイクロファラッドのコンデンサを使う場合、
二段目はx/2、三段目x/3、四段目x/4、五段目x/5…の容量で済みますよね?

ですから、全ての段で同じ容量のコンデンサーを使うより、
段数が増すごとに容量を逓減させていった方が、コッククロフト回路の高出力・高効率化ができるかな等と考えたのですが、これは間違っていますか?

前者と後者では、回路の能力は結局変わりませんか?

Aベストアンサー

googoo12さん
一つ謝らなければならないことがあります。

前回回答で、「2^nの容量があって初めてバランスがとれることになります」と書きましたが、これは正しくは「2^(n-1)」です。
つまり、(例えば)4段のコッククロフト回路において、初段のコンデンサは、最終段のコンデンサの8倍の容量があって初めてバランスがとれる」という論理です。
(・・・8倍にしなければならない、というわけではありません。この論理を採用するかどうかは、コストパーフォーマンス(費用効果)で判断して決定されるでしょう)

わたしの論理を裏付けるために簡単な実験をしてみました。

実験回路:(半波方式)コッククロフト回路
回路構成:4段
電源電圧:7.03Vrms
 (0,6,12,18,24Vタップ付き/定格6Aのトランスの0-6V端子を使用))
負荷 : 200mA定電流負荷
使用コンデンサ:全段2,000μF
観測方法:
最初、全2,000μFで出力電圧(DC及びリプル電圧測定)および各段のリプル電圧測定、次に別に用意した1,000μFのコンデンサを逐次各段に付加し(単独)、C両端のDC電圧およびリプル、および出力電圧を観測する。

(1)全段2,000μF時
   C容量 出力DC リプル  
   (μF)  (V)  (Vp-p)
 C1 2,000  6.67  3.6
 C2 2,000 12.53  2.8
 C3 2,000 11.54  1.8
 C4 2,000 10.70  1.3
 OUT --  23.22  4.0
(2)1,000μF追加
   C容量 出力DC リプル    OUT 
   (μF)  (V)  (Vp-p)  (DC V) (Vp-p)
 C1 +1,000  7.10  2.4  25.00   4.0
 C2 +1,000 12.87  1.9  24.08   3.0  
 C3 +1,000 11.75  1.2  23.56   4.0  
 C4 +1,000 10.74  0.9  23.19   3.6  
 注 「C1+1,000」とは、C1のみ3,000μFとなり、
    他はすべて2,000μFの意。OUTはそのときの出力
(3)評価
     C両端のDC増とリプル減  出力のDC増
      DC V  Vp-p       DC V
 C1追加  0.43  1.2       1.78
 C2追加  0.34  0.9       0.86
 C3追加  0.21  0.6       0.34
 C4追加  0.04  0.4       -0.03(誤差)
 評価 第1段への追加が最も効果が大きい。
(4)参考 出力電流を減らした場合の出力電圧増加と理論値比(*)
     出力DC V リプルVp-p DC V理論値比
 200mA  23.22  4.0     0.630
 100mA  29.56  2.0     0.802
  50mA  33.48  0.8     0.909
 注 理論値比とは供給電圧7.03Vrmsから得られる最高電圧36.85Vに対する比
   7.03x√2x4-0.7x4=36.85V
(5)総合評価
第1段の容量を増やすことが最も効果があり、次いで第2段、3段の順であることが確認された。
ただし、論理的に予想される8倍(最終段比)には遠く及ばない。
この理由は不明。

なお、蛇足であるが初段のCを除くその他のCおよび全ダイオードには、2√2Eの耐電圧が要求されるが、初段Cのみは√2Eでよい。
従ってここに大容量のCを使うことはコスト的にも有利である。
(電圧が低いので安価)

最後に実験画像を添付したいと思います。
初めて載せるのでうまく行くかどうか不明・・・見難いようでしたらご容赦。
なお、C1とC3の両端電圧が同時に観測できるのは、この2つが直列に入っており、オシロのGNDをこの中点に取ることが出来るためです。
(従って位相は逆転しています)

googoo12さん
一つ謝らなければならないことがあります。

前回回答で、「2^nの容量があって初めてバランスがとれることになります」と書きましたが、これは正しくは「2^(n-1)」です。
つまり、(例えば)4段のコッククロフト回路において、初段のコンデンサは、最終段のコンデンサの8倍の容量があって初めてバランスがとれる」という論理です。
(・・・8倍にしなければならない、というわけではありません。この論理を採用するかどうかは、コストパーフォーマンス(費用効果)で判断して決定されるでし...続きを読む

Qゲルマニウムラジオの回路について

高校物理勉強中のものです。共振周波数について勉強しておりました。
以下のゲルマニウムラジオの回路について質問があります。
http://phoenix-design.at.webry.info/201104/article_6.html
周波数fの電波をこの回路で共振させるときはf=1/2π√LCを
満たすことができれば電波を受信できると考えていいでしょうか。

この条件で電波をうまく受信できると仮定すると、ちょっとおかしいのではと
思ってしまいます。
クリスタルイヤホンがないとすると、このときアースした方(地球)には
電流が流れず、同調回路をぐるぐる電流が回るようになるかと思います。
※アンテナと地球にかかる電圧をV=Asinωtとして一応インピーダンスは
計算できました。

この状態で同調回路の両端にダイオードとイヤホンをつけても
共振するのかがよくわかりません。
ダイオードは復調のために必要なのはわかっております。
しかし、イヤホンとダイオードをつけると、アンテナからアースまでの全体の
インピーダンスが変わり、f=1/2π√LCという条件では共振しないのではと
思ってしまいます。
この全体のインピーダンスを計算しようと思ったのですが、ダイオードとイヤホンを
コンデンサーとして扱うのか抵抗として扱うのかがわからず、できませんでした。
一応ダイオード+イヤホンが抵抗であると仮定してインピーダンスを計算して
見ましたが、これはLCR並列回路となり、ω=1/√LCのとき、やはり地球に流れる
電流は最小になるということがわかるだけで、イヤホン側にどれほど電流が
流れるかはわかりません。ダイオード+イヤホンを抵抗(r)+コンデンサー(c)として計算
しなければいけないとなると、この部分のインピーダンスが
√(r^2+(1/ωc)^2)となるかと思いますが、この先はどうしたらいいかわかりません。

ダイオード+イヤホンは抵抗+コンデンサーとして考えて計算するのか、
2つの抵抗として考えるのか、また、なぜf=1/2π√LCという条件でも
イヤホン側にたくさん電流を流すことができるのか、
以上よろしくお願いいたします。

高校物理勉強中のものです。共振周波数について勉強しておりました。
以下のゲルマニウムラジオの回路について質問があります。
http://phoenix-design.at.webry.info/201104/article_6.html
周波数fの電波をこの回路で共振させるときはf=1/2π√LCを
満たすことができれば電波を受信できると考えていいでしょうか。

この条件で電波をうまく受信できると仮定すると、ちょっとおかしいのではと
思ってしまいます。
クリスタルイヤホンがないとすると、このときアースした方(地球)には
電流が流れず、同調回路をぐ...続きを読む

Aベストアンサー

共振周波数の意味はご理解のようですが,何の為の検波回路かについても学んで下さい。
ダイオードにも僅かなリアクタンスが存在するとしても,ダイオードは,一方通行の電流特性を示します。その事を利用して,変調された電波の半波だけを取り出し,可聴音を取り出していることに考え及んで下さい。
中波の搬送波は,音として認識できないから,変調音のみを拾い出すのが検波回路です。
その観点から,再度,全インピーダンスを計算してみましょう。
ダイオードの導通時と,非導通時とに分けて計算する必要があります。
その結果得られるイヤホンの電流が,検波電流です。
この場合のLC同調回路は,検波電流を大きくする為の補助回路です。

Q理科 電気回路 この2つの回路であれば、左の乾電池1つのものの方が長持ちする、という、理解であってま

理科 電気回路

この2つの回路であれば、左の乾電池1つのものの方が長持ちする、という、理解であってますでしょうか?

Aベストアンサー

難しい問題ですね。
負荷が単純な抵抗ならば、流れる電流は左の方が半分になるので左が長持ちするで良いと思います。
しかし負荷が電球ですと流れる電流によって抵抗値が変わってしまいます。

Qネットラジオと無線LANとアンプの回路一体化

電子工作初心者です。bb shoutという単体ネットラジオ端末がありますが、これに無線LANモジュール(もしくはコンバータなど)と、ステレオアンプを組み込んで、一つの筐体に収めて、電源も共通化(一本化?)することはできますか? まだ電子工作について充分な知識がないので、徐々に学びながら方法を探りたいと思っています。アドバイスをいただけたらと思い、質問させていただいています。

参考URL
http://bb-shout.tristate.ne.jp/bb_link01.html
http://www.tristate.ne.jp/digitalamp01.htm
http://www.jrc.co.jp/jp/product/wireless_lan/product/jrl720e/index.html (←一例として)

1.そもそもこの三つの回路を一体化させることは、可能な望みでしょうか。

2.三回路一体化が可能であれば、どういう知識を必要とし、学ぶべきでしょうか。

3.とくに三回路の電源の共通化ができるのか気にかかっています。実現のヒントをいただけないでしょうか。

4.その他、注意する点や、アドバイス、他の方法などがあれば教えていただけないでしょうか。

初心者の、的を得ない、虫がいい質問内容ではありますが、識者の皆様にご指導願えれば幸いです。よろしくお願いいたします

電子工作初心者です。bb shoutという単体ネットラジオ端末がありますが、これに無線LANモジュール(もしくはコンバータなど)と、ステレオアンプを組み込んで、一つの筐体に収めて、電源も共通化(一本化?)することはできますか? まだ電子工作について充分な知識がないので、徐々に学びながら方法を探りたいと思っています。アドバイスをいただけたらと思い、質問させていただいています。

参考URL
http://bb-shout.tristate.ne.jp/bb_link01.html
http://www.tristate.ne.jp/digitalamp01.htm
http://www.jr...続きを読む

Aベストアンサー

多分無線モジュールの設定が山場だと思いますよ。
恐らくパソコンで有線LANから叩けるのでしょうが。
リンクの製品ページにデータシートや説明書が無いので、
詳しい人か資料が扱えるのが、前提になります。

同じメーカーの基盤で、上のリンクのページ1枚で両方あるようですが。
BB-shoutボードは電源 DC8V-12V 最大150mA(12V
Class-Dアンプのは 電源:5V Max400mA以下,スイッチング(ACアダプタ)電源使用
日本無線のモジュールは5V/12V両用ですよね。
DC 5V ±10%(0.8A以下)、DC 12V ±10%(0.4A以下)
消費電力 4W以下 (DC 5V時、DC 12V時)、7W以下/14VA以下 (ACアダプタ使用時)

12V電源に統一して、12V>5VのDC/DCコンバータでアンプ用の
電圧を用意するのが妥当ですが、同じメーカーさんの基盤が有ります・・・。

http://www.tristate.ne.jp/dcboardkit.htm
これの5V/USB-Bコネクタに出てる5V500mAを
アンプに半田付けコードで引き込んでやれば良いです。

なぜかというと、個々にポリスイッチと呼ぶ、
ヒューズに相当する部品が入っているので、ショートなどが
起きた場合電源アダプタまで波及せず一旦電流が切れ、
ポリスイッチの過熱が冷めれば、再利用できるためです。
それを繰り返してはいけないので、すぐ点検してください。

多分500mAを超えてしまう無線モジュールに対しては、
最初から2つ3つの分配ポートを並列に入れて
電流制限をあわせても、問題ないと思います。

少なくともテスターと弱電半田付けの自信有るなら、
あとはLANモジュールの問題だけなんですが。

多分無線モジュールの設定が山場だと思いますよ。
恐らくパソコンで有線LANから叩けるのでしょうが。
リンクの製品ページにデータシートや説明書が無いので、
詳しい人か資料が扱えるのが、前提になります。

同じメーカーの基盤で、上のリンクのページ1枚で両方あるようですが。
BB-shoutボードは電源 DC8V-12V 最大150mA(12V
Class-Dアンプのは 電源:5V Max400mA以下,スイッチング(ACアダプタ)電源使用
日本無線のモジュールは5V/12V両用ですよね。
DC 5V ±10%(0.8A以下)、DC 12V ±10%(0.4A以下) ...続きを読む

Q理解 電気回路 カとキで、キの方が長い時間電流が流れるのはなぜですか? 電球が少ない方が省エネに思え

理解 電気回路

カとキで、キの方が長い時間電流が流れるのはなぜですか?
電球が少ない方が省エネに思えるのですが…
解説よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

>電球が少ない方が省エネに思えるのですが…

電球の「明るさ」が同じならそうです。
でも、2つ直列につなぐと、電流は 1/2 になり、1個あたりの電圧も 1/2 になって、各電球で消費する電力は 1/4 ずつになってしまうのです。当然、明るさも「1/4」になります。

ということで、2個合わせても、1個のときの「1/2」の電力しか消費しないので、電池は長持ちします。

もし、電球2個を「並列」に接続すると、「電圧は1個のときと同じ」で、「1個あたりの電流は2個になっても変わらない」ので、各電球の明るさは1個のときも2個のときも同じです。ということで、電球2個だと1個の2倍の電力を消費します。

家の中の電球や電気コンセントは、「並列」になっています。つまり電気器具を「並列」につないでいるのです。(なので、どの電気器具にも「100V」の電圧がかかります)
たくさんの電気器具を使うほど、消費電力は大きくなります。

「直列」と「並列」の違いが分かりましたか?


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