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単層全波整流回路で交流を直流に整流し、負荷を変化させて効率を測定したのですが(80%程度)
この効率は負荷の前に平滑回路を組み込めば改善できるでしょうか?

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A 回答 (7件)

#4は正しいです。

純抵抗がついた平滑なしの単相全波整流回路では,
#5さんがおっしゃるように,
抵抗の消費電力は[直流分]+[交流リプル分]です。
平均値指示の直流計器で計測した直流電圧と直流電流の積は,
このうち直流分電力だけの値となり,
交流リプル分による電力を含みません。
このため抵抗の実際の消費電力より小さな電力が測定されてしまいます。
ダイオード損失を無視すれば,#4さんがおっしゃるように,
抵抗の真の消費電力は,交流電圧の実効値*交流電流の実効値と同じ値です。

全波整流回路を通すと,交流電圧実効値の2√2/π≒0.9倍の直流平均電圧が出ます。
#3,#6さんのおっしゃるように,計測される直流電力は,
交流リプル分を含む真の消費電力の0.81倍となり,見かけの効率は0.81にみえます。
平均値指示の直流メータで脈動を含む電源を測ったために,
一種の測定誤差が出たと考えればよいと思います。
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#3の文章を読み違えてました。

失礼。
脈動している整流出力を平均値指示の電圧計、電流計を使って測って直流出力を測定したなら、測定値は実際の出力電力の80%の値になる、ってことですね。
それなら納得です。
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ANo.4が何を言いたいのか理解できませんが、直流電源の出力に抵抗を接続すれば、抵抗の消費電力は[直流分]+[交流リプル分](もちろんベクトル和)になります。


ただし、直流電源の出力電力は直流分だけで、直流電圧計と直流電流計で測定されます。
もちろん、直流+交流電源となっていれば、出力電力の測定はユーザーに任されています。
ここら辺のことは、あまりに当然のことで書いてある本は少ないんですが、初心者向けの電源の本を見ると書いてことがあります。
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単相全波整流出力を平滑せずに抵抗に加えると、電圧も電流も共に|sin(wt)|の形になっていて、消費電力は交流電圧の実効値*交流電流の実効値と同じ値になりますね。

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交流の入力電力は電力計、直流出力は直流の電圧計と電流計で測定したとします。


交流は実効値であり、直流は平均値だとゆうことは理解してますか?
つまり、交流をAsinθ(本当はθ=ωtだけど面倒だからこうします)とすると
実効値は A√{(1/π)∫(0→π)sin^2θdθ}
平均値は A(1/π)∫(0→π)sinθdθ
本当は少し違うんですが、面倒だから力率を1とすると平滑無しの時は
交流入力電力=(交流電圧実効値)×(交流電流実効値)
直流出力電力=(交流電圧平均値)×(交流電流平均値)
となります(積分計算は自分でしてね)。
上の計算結果を入れれば
効率=(直流出力電力)÷(交流入力電力)≒0.81
となり、実験結果はおおむね正しいです。
後に平滑回路を組み込めば改善できますが、力率が1から大幅に低下するんで、測定持の交流入力電力は必ず電力計を使ってください。
平滑回路を入れると理論効率は求められないんで、求めるには回路シミュレーション(無料のLTspiceとか)か、電源回路設計者なら大概読んでいる有名なO.H.schadeの論文(Proc. IRE, Vol. 31, p. 356, 1943)を参照してください。
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どんな負荷かどんな平滑回路を挿入するかにもよりますし、整流回路のどこの損失が支配的かにもよりますが、ダイオードの順方向損失が支配的なら、平滑回路を組み込んでもあまり変わらないかと思います。


抵抗性の損失なら、コンデンサインプットの平滑回路を入れると整流回路部分での電流脈動が大きくなる分、むしろ損失は増えるでしょう。
チョークインプット型で十分な負荷電流の元で動かせば整流回路部分での損失は減るかもしれません。ただし、コイルを追加挿入することになりコイルでの損失が追加されるので、全体の損失は増えるでしょう。
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何の効率でしょうか?


整流回路の効率?負荷の効率?
何の効率にしても、も少し状況が判然としないと回答できません。
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Q整流回路の変換効率

整流回路において、整流前の交流電力と、整流後の直流電力の比率(整流効率)についてお伺いします。交流に弱い電気技師です。
単純な半波整流回路ですが、一応説明しますと、降圧トランスで商用100Vから十数Vの交流を取り出し、ここに交流電圧計、交流電流計を接続、電流計の一端からダイオード1個を通して半波整流します。平滑回路のコンデンサーを経て直流を取り出します。そこに直流電圧計、直流電流計を経て抵抗負荷を接続します。
さてこの回路において実験をしました。その実験の結果、入力交流電力(交流電圧計×交流電流計)と出力直流電力(直流電圧計×直流電流計)の比率、すなわち出力直流電力/入力交流電力の値は0.5以下になりました。
普通の場合、電気回路の損失は熱になって失われると思いますが、この整流回路では顕著な発熱は認められません。
50%以上の損失はどこにいったのでしょうか?これがお伺いしたいことです。
私の貧弱な知識から想像するに、交流電力は皮相電力を測定しているようなので、求めた整流効率50%以下の値は、直流電力/皮相電力の値でしょう。
一方、直流電力/有効電力は恐らく100%のはずですから、有効電力以上の無効電力が整流効率を50%以下に下げているのではないだろうか? と、考えては見るのですが順抵抗負荷なのになぜ無効電力があるのか、しかもその値が有効電力よりも大きな値なのは何故?分からないことばかりです。
どなたか、理論的に説明していただける方からのご教示をお願いします。

整流回路において、整流前の交流電力と、整流後の直流電力の比率(整流効率)についてお伺いします。交流に弱い電気技師です。
単純な半波整流回路ですが、一応説明しますと、降圧トランスで商用100Vから十数Vの交流を取り出し、ここに交流電圧計、交流電流計を接続、電流計の一端からダイオード1個を通して半波整流します。平滑回路のコンデンサーを経て直流を取り出します。そこに直流電圧計、直流電流計を経て抵抗負荷を接続します。
さてこの回路において実験をしました。その実験の結果、入力交流電...続きを読む

Aベストアンサー

半波整流回路における入力電流(実効値)はこの資料の
http://www.onsemi.jp/pub/Collateral/HB206-D.PDF
p.63~の'SECTION 8''DESIGNING THE INPUT SUPPLY'部分で,
'Figure 8.4. Relation of RMS and Peak.to.Average Diode Current in Capacitor.Input Circuits'
がそうです.当然ですが,半波は'Half-Wave'の部分を見ます.
使用している図表はRCAの技術者O.H.Schadeが1943年に発表した論文に載ってます.
論文は周囲の電気屋に聞けば何人かは必ず入っている団体のIEEEから入手可能です.

整流回路自体の効率は90%程度は行くはずですが,図示の測定方法は実効電力ではなく皮相電力ですね.
実効電力を測定するには電力計を使用します.
50%ととゆうのは,ダイオードの損失は少ないんで効率よりも力率に近いです.
なぜ力率が悪化するのかとゆうと,電流波形が歪むからです.
ここに,整流回路の簡易シミュレーションがあるから電流波形を見るとエエです.
http://homepage1.nifty.com/th3/rect.htm

波形が歪むと高調波が含まれ,電流波形の高調波とほとんど歪まない電圧波形の基本波の積の1周期の平均はゼロになることから力率が悪化します.
式で書けば,
{1/(2π)}∫(0→2π)sin(θ)・sin(nθ)dθ=0
ただし,n≠1
ですね.
つまり,高調波成分がすべて無効電力になるわけです.
これから,歪み率HDと力率cosφの関係は
cosφ=1/√(1+HD^2)
となります【正確には基本波電流×基本波電圧の力率(相差率)cosγも影響する】.
これから,ダイオードの損失を無視すれば歪み率は173.2%とすごく歪んでますね.

半波整流回路における入力電流(実効値)はこの資料の
http://www.onsemi.jp/pub/Collateral/HB206-D.PDF
p.63~の'SECTION 8''DESIGNING THE INPUT SUPPLY'部分で,
'Figure 8.4. Relation of RMS and Peak.to.Average Diode Current in Capacitor.Input Circuits'
がそうです.当然ですが,半波は'Half-Wave'の部分を見ます.
使用している図表はRCAの技術者O.H.Schadeが1943年に発表した論文に載ってます.
論文は周囲の電気屋に聞けば何人かは必ず入っている団体のIEEEから入手可能です.

整流回路自...続きを読む

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全波整流と半波整流について

タイトル通りです、二つの整流について、
2つはそれぞれどういう役目があるのでしょうか?

あと、2つの整流を聞いたところ、全波整流の方が音が高く感じられたのですが、これにはちゃんとした理由があるのでしょうか?

すいません、質問が唐突ですがどなたかご教授ください。

Aベストアンサー

別に役目が分かれているわけではありません。
全波整流ではダイオードが2個必要ですが、半波整流では1個ですみます。しかし、半波整流では整流語の直流分に対する交流分の残りが大きく、これを除去するフィルタの性能を高くしないといけません。
全波整流の方が音が高く感じられるのは、整流後に残存している交流分のせいです。元の周波数を F としますと、残存交流分の基本周波数は、半波整流では F、全波整流では 2F ですから2倍になります。

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全波整流回路について教えてください!!

いま、全波整流回路について調べていて、説明が難しくてよく分からないのですが、どなたか分かりやすく教えてくれないでしょうか?
あと整流回路との違いも分からないので教えてください。

ちなみに今、調べて出てきた物が・・・
1)理想ダイオード回路を組み合わせると全波整流回路が得られる.入力電圧の正負に関係なく正の絶対電圧が得られるので,絶対値回路とも呼ばれている.
 電源回路で使う全波整流回路とは別物である.
2)交流の全サイクルを利用するもの。

というような内容なんですが、どうかお願いします。

Aベストアンサー

質問者が言われる「説明」を、つぎのように理解されたらよいのではないでしょうか。

●すなわち ・・・

1) 理想ダイオードを巧妙に組み合せると、「全波整流回路」を作ることができ、これはまた「絶対値回路」とも呼ばれる。その理由は、この「全波整流回路」の入力側に加えられた電圧が、正の電圧(例えば+10V)であっても、あるいは、負の電圧(例えば-12V)であっても、常にそれら入力側電圧の絶対値と同じ大きさの正の電圧(この例では+10V、または+12V)が、その「全波整流回路」の出力側に現れてくるからである。ここでいう「絶対値回路とも呼ばれている全波整流回路」は、電源回路で交流電源を整流して直流電源にする場合に使う[全波整流回路]とは、回路構成やその主目的が異なっており、名称は同じであるが互いに別のものである。

2) 電源回路に使う[全波整流回路]という整流回路も、ダイオードの組み合せで作ることができる。この整流回路は、交流電源を全波整流して直流電源に変換するものである。全波整流とは、交流の全サイクル、すなわちプラス波側の電力もマイナス波側の電力も、[全て]利用して直流電力として取り出すようにする整流方法である。このため[全波整流回路]という。(ご参考: これに対し、交流電源のプラス側だけを直流に利用する整流方法を、[半波整流]といいます。)

●それぞれの回路の仕組みや動作原理を理解するには、先の回答にあったサイトなどにある説明が、役立つと思います。

●なお、全波整流回路と整流回路との違いは、分類上の違いです。全波整流回路というのは、整流回路の一つです。「整流回路」はいわば大分類、「全波整流回路」とか「半波整流回路」はその下のいわば小分類に属するものです。

以上、ご参考になれば幸いです。

質問者が言われる「説明」を、つぎのように理解されたらよいのではないでしょうか。

●すなわち ・・・

1) 理想ダイオードを巧妙に組み合せると、「全波整流回路」を作ることができ、これはまた「絶対値回路」とも呼ばれる。その理由は、この「全波整流回路」の入力側に加えられた電圧が、正の電圧(例えば+10V)であっても、あるいは、負の電圧(例えば-12V)であっても、常にそれら入力側電圧の絶対値と同じ大きさの正の電圧(この例では+10V、または+12V)が、その「全波整流回路」の出力側に現れて...続きを読む

Qリップルについて

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

Aベストアンサー

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

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...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何kV/cmで絶縁破壊が起こるか?

試料に高電圧を印加する実験を考えております。シリコンオイル中、および大気中において、何kV/cmで絶縁破壊が起こるか、ご存知の方がいらっしゃいましたら教えていただきたく存じます。有効数字は一桁程度でかまいません。

Aベストアンサー

一般的にいわれるのは
大気中:30kV/cm

また、教科書によると、
シリコン油中:80kV/2.5mm
だそうです。
ただ、絶縁破壊電界は電極間距離に依存し、一般には短い方が高電界に耐えます。

QRC並列回路の字定数

どなたか御教授下さい。
RC並列回路の場合、時定数はどのように考えたらいいのでしょうか?
直列回路のτ=RCの関係は直感的になんとなくわかるのですが、並列になるとよくわかりません。。。
素人な質問で申し訳ありませんが、よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

 
 
 「直列の直感」とは多分、__| ̄ ̄ の電圧印加による応答波形ですね、もし、この電圧を並列回路に加える‥と考えてるなら無茶です。(*) あなたが電気系の学生なら「教科書の最初に戻って双対変換を!」の一言で終わりなんですが、、(直列を並列に変えるなら 同時に電圧源も電流源に変えるんです。)



 電流源という言葉を使わない説明;

  ┌─R1─┬─┬
  V     R2  C
  └───┴─┴

Vが__| ̄ ̄ の電圧だとすれば Cの電圧は
  Vc = kV・(1-exp(-t/τ) …(1)
となるのは分かりますよね。
  k = R2/(R1+R2)
  τ= CR1R2/(R1+R2) …(2)
です。


試しにτの分母分子を R2で割ってから、R2→∞とすると
  τ= CR1/(R1/R2+1) → CR1/(0+1) = CR1
となって CR直列の時定数になりました!

同様に R1で割って R1→∞とすると
  τ= CR2/(1+R2/R1) → CR2/(1+0) = CR2
図で、R1が巨大なら R1の配線が切れてるのと同じで、R2とCだけの並列回路ですよね。その時定数は 並列のR2とCの積。



 つまり; 極限を考えないと望む答に到達しないのでした。電流源とは、その中にこの極限の考えを押し込めたものです。 参考までに;巨大なR1にそれなりの電流を通すためにはVも巨大なんだろうな、と考えてください。



(*)
回路をR1=0にすればそうなりますよね。すると(2)式の値は? それが
>> 並列になるとよくわかりません。。。 <<
と行き詰まる原因でした。
 
 

 
 
 「直列の直感」とは多分、__| ̄ ̄ の電圧印加による応答波形ですね、もし、この電圧を並列回路に加える‥と考えてるなら無茶です。(*) あなたが電気系の学生なら「教科書の最初に戻って双対変換を!」の一言で終わりなんですが、、(直列を並列に変えるなら 同時に電圧源も電流源に変えるんです。)



 電流源という言葉を使わない説明;

  ┌─R1─┬─┬
  V     R2  C
  └───┴─┴

Vが__| ̄ ̄ の電圧だとすれば Cの電圧は
  Vc = kV・(1-exp(-t/τ) …(1)
となるのは分かり...続きを読む


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