整流せいりゅう器き

交流こうりゅう信号しんごう、半はん波なみ整流せいりゅう、全波ぜんぱ整流せいりゅう

整流せいりゅう器き（せいりゅうき、英語えいご：rectifier）は、電流でんりゅうを一方向いちほうこうにだけ流ながす（整流せいりゅう）作用さようを有ゆうする素子そし^[1]^[2]。交流こうりゅうを直流ちょくりゅうに変換へんかんする素子そしの総称そうしょうであり、実際じっさいの素子そしとしては、陰極いんきょく（カソード）と陽極ようきょく（アノード）の2端子たんし、あるいは、さらに制御せいぎょ端子たんしを加くわえた3端子たんしのものがある^[1]。

順じゅん変換へんかん装置そうちともいう。また、整流せいりゅう器きを用もちいて交流こうりゅうを直流ちょくりゅうに変換へんかんする回路かいろを整流せいりゅう回路かいろ（順じゅん変換へんかん回路かいろ）という。

整流せいりゅう器きの種類しゅるい[編集へんしゅう]

整流せいりゅう器きを用もちいる回路かいろは、低てい電圧でんあつ小しょう電流でんりゅうから高こう電圧でんあつ大だい電流でんりゅうまで多岐たきにわたる。したがって、用もちいる回路かいろに適てきした素子そしを選択せんたくする必要ひつようがある。

整流せいりゅう器きとしては、以下いかのものがある。

水銀すいぎん整流せいりゅう器き（エキサイトロン）
熱ねつ陰極いんきょく水銀すいぎん整流せいりゅう管かん
亜あ酸化さんか銅どう整流せいりゅう器き
セレン整流せいりゅう器き
ダイオード（シリコン整流せいりゅう器き・ゲルマニウム整流せいりゅう器き）
二に極きょく真空しんくう管かん

また、制御せいぎょ端子たんしを有ゆうする整流せいりゅう器きとして用もちいられる素子そし等とうとしては以下いかのものがある。

水銀すいぎん整流せいりゅう器き（イグナイトロン）（端子たんしの対応たいおう - 陽極ようきょく:陽極ようきょく/陰極いんきょく:水銀すいぎん陰極いんきょく/制御せいぎょ端子たんし:点てん弧こ子こ）^[3]
熱ねつ陰極いんきょく格子こうし制御せいぎょ放電ほうでん管かん（サイラトロン）（端子たんしの対応たいおう - 陽極ようきょく:陽極ようきょく/陰極いんきょく:陰極いんきょく/制御せいぎょ端子たんし:制御せいぎょ格子こうし）^[3]
サイリスタ（端子たんしの対応たいおう - 陽極ようきょく:アノード/陰極いんきょく:カソード/制御せいぎょ端子たんし:ゲート）^[4]
MOSFET （端子たんしの対応たいおう - 陽極ようきょく:ドレイン/陰極いんきょく:ソース/制御せいぎょ端子たんし:ゲート）^[5]

整流せいりゅう回路かいろにおける整流せいりゅう器き（素子そし）の接続せつぞく方法ほうほう[編集へんしゅう]

出力しゅつりょく側がわの等価とうか相しょう数すうが多おおいほど、直流ちょくりゅう側がわの脈動みゃくどう対策たいさくが容易よういとなるので、大だい電力でんりょく用途ようとほど等価とうか相しょう数すうを多おおくする。

単たん相しょう半はん波は整流せいりゅう[編集へんしゅう]

整流せいりゅう素子そし1個いっこで、順じゅん電圧でんあつの期間きかんのみ整流せいりゅうする最もっとも簡単かんたんな整流せいりゅう方法ほうほう。

単たん相しょう半はん波は整流せいりゅうでは、交流こうりゅうの正弦せいげん波はの正せいもしくは負まけの部分ぶぶんのみが取とり出だされ、残のこりの半分はんぶんは整流せいりゅう素子そしにより通電つうでんが阻止そしされる。

電流でんりゅうを取とり出だす用途ようとでは周期しゅうきの半分はんぶんが通電つうでんしない期間きかんであるため、出力しゅつりょくはパルス状じょうとなり平滑へいかつ化か（脈みゃく流りゅうも参照さんしょう）すると低ひくい電圧でんあつしか得えられないばかりか、電源でんげん側がわにも多おおくの高調こうちょう波はをもたらすため電源でんげん用途ようとにはあまり適てきしない。しかしながら回路かいろ計けいの交流こうりゅう電圧でんあつ測定そくてい回路かいろや後述こうじゅつの高周波こうしゅうはプローブの用途ようとでは、構造こうぞうが単純たんじゅんであるのと整流せいりゅう素子そしを1つしか通過つうかしないためエネルギー損失そんしつは最小限さいしょうげんに抑おさえられるため、もっぱら半はん波なみ整流せいりゅうが主流しゅりゅうである。また小しょう容量ようりょうDC-DCコンバータにおいては絶縁ぜつえん型がたにおいても正せいパルスの矩形くけい波はであるため半はん波は整流せいりゅうで足たりる。

正弦せいげん波は入力にゅうりょく電圧でんあつの理想りそう的てきな半はん波なみ整流せいりゅう器きの無む負荷ふか出力しゅつりょく直流ちょくりゅう電圧でんあつ： ^[6]

${\begin{aligned}V_{\mathrm {rms} }&={\frac {V_{\mathrm {peak} }}{2}}\\V_{\mathrm {dc} }&={\frac {V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\end{aligned}}$

V_dc, V_av – 直流ちょくりゅうまたは平均へいきん出力しゅつりょく電圧でんあつ

V_peak, フェーズ力りょく電圧でんあつのピーク値ち

V_rms, 出力しゅつりょく電圧でんあつの二乗にじょう平均へいきん平方根へいほうこん値ち

単たん相しょう全波ぜんぱ整流せいりゅう[編集へんしゅう]

整流せいりゅう素子そしを組くみ合あわせ、それぞれの順じゅん電圧でんあつの期間きかんに整流せいりゅうする。

単たん相しょうブリッジ整流せいりゅう[編集へんしゅう]

整流せいりゅう素子そし4個こで、単たん相しょう交流こうりゅうを全波ぜんぱ整流せいりゅうする。

Graetz bridge 整流せいりゅう器き: 4個このダイオードを用もちいた全波ぜんぱ整流せいりゅう

非ひスイッチング電源でんげんのACアダプタは、そのほとんどがこの構成こうせいをとる。

二に相そう全波ぜんぱ整流せいりゅう[編集へんしゅう]

整流せいりゅう素子そし2個こで、正負せいふが逆ぎゃくの二に相そう交流こうりゅうを整流せいりゅうする。

センタータップ（英語えいご版ばん）変圧へんあつ器きと2個こダイオードを用もちいた全波ぜんぱ整流せいりゅう

同おなじ出力しゅつりょく電圧でんあつを得えるためにトランスの二に次じ巻まき線せんを同どう巻まき数すうの2組くみを、おのおの半はん波は整流せいりゅうとして用もちいる関係かんけい上じょう、同どう容量ようりょうの単たん相しょうブリッジ整流せいりゅうよりも変圧へんあつ器きは大おおきくなる。なお二に極きょく真空しんくう管かんにおいてはカソードを共用きょうようできるため、2つのプレートを持もつ1本ほんの真空しんくう管かん（双そう二に極きょく管かん）で整流せいりゅう回路かいろが組くめた。

理想りそう的てきな無む負荷ふかの単たん相しょう全波ぜんぱ整流せいりゅう器きの平均へいきんおよび二乗にじょう平均へいきん平方根へいほうこん出力しゅつりょく電圧でんあつ：

${\begin{aligned}V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }&={\frac {2V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\\V_{\mathrm {rms} }&={\frac {V_{\mathrm {peak} }}{\sqrt {2}}}\end{aligned}}$

三さん相そう半はん波は整流せいりゅう[編集へんしゅう]

整流せいりゅう素子そし3個こで、三さん相そう電源でんげんの全ぜん相そうを半はん波なみ整流せいりゅうし、3相そう整流せいりゅうとする。水銀すいぎん整流せいりゅう器きは構造こうぞう上じょう、陰極いんきょくを共用きょうようする構造こうぞうのため、半はん波なみ整流せいりゅう回路かいろが主流しゅりゅうであった。

三さん相そう全波ぜんぱ整流せいりゅう[編集へんしゅう]

整流せいりゅう素子そし6個こで、三さん相そう電源でんげんの全ぜん相そうを全波ぜんぱ整流せいりゅうし、6相そう整流せいりゅうとする。

理想りそう的てきな無む負荷ふかの単たん相しょう全波ぜんぱ整流せいりゅう器きの平均へいきん出力しゅつりょく電圧でんあつ：

$V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3{\sqrt {3}}V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}$

ダイオードの代かわりにサイリスタが使用しようされた場合ばあい、出力しゅつりょく電圧でんあつは cos(αあるふぁ) 分ぶんだけ減少げんしょうする

$V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3{\sqrt {3}}V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\cos \alpha$

12相そう整流せいりゅう[編集へんしゅう]

YΔでるた・YYまたはΔでるたΔでるた・ΔでるたYの結線けっせんの変圧へんあつ器きを2台だい一いち組くみで使用しようして30度ど位相いそう差さの三さん相そう交流こうりゅうを生成せいせいし、それぞれを三さん相そう全波ぜんぱ整流せいりゅうすることにより、12相そう整流せいりゅうとする。

用途ようと[編集へんしゅう]

交流こうりゅう電源でんげんから直流ちょくりゅう電源でんげんを得える[編集へんしゅう]

パソコン、テレビ受像じゅぞう機き、オーディオ機器ききなどの各種かくしゅ電子でんし機器きき内ないの電子でんし回路かいろのほとんどは、直流ちょくりゅう電源でんげんで駆動くどうするように設計せっけいされている。商用しょうよう電源でんげん等とうの交流こうりゅう電源でんげんでこれらの回路かいろを動作どうささせるために、整流せいりゅう器きにより交流こうりゅう電源でんげんから直流ちょくりゅう電源でんげんを得える。ノートパソコンなどのACアダプタが代表だいひょう的てきな例れいである。

高周波こうしゅうはプローブ[編集へんしゅう]

高周波こうしゅうはあるいは無線むせん周波数しゅうはすうの電圧でんあつを測定そくていするのに、通常つうじょうの交流こうりゅう電圧でんあつ計けいでは周波数しゅうはすうが高たかすぎて測定そくていできない。ゲルマニウム・ダイオード等とうによる整流せいりゅう器きで直流ちょくりゅうに変換へんかんし、直流ちょくりゅう電圧でんあつ計けいで測定そくていするということが行おこなわれる。

AGC回路かいろ[編集へんしゅう]

受信じゅしん機きのAGC回路かいろにおいて、低てい周波しゅうは増幅器ぞうふくきや中間なかま周波しゅうは増幅器ぞうふくきの出力しゅつりょく電圧でんあつを整流せいりゅう器きで直流ちょくりゅうに近ちかい電圧でんあつに変換へんかんして、その電圧でんあつを元もとに各かく増幅器ぞうふくきのバイアス量りょう（増幅ぞうふく率りつ）を変化へんかさせ、AGC回路かいろを成立せいりつさせている。

電圧でんあつ調整ちょうせい回路かいろ[編集へんしゅう]

分ぶん周しゅう制御せいぎょ: パルス変調へんちょうにより、電圧でんあつを調整ちょうせいする。直流ちょくりゅう側がわの脈動みゃくどう対策たいさくが容易よういとなる。
位相いそう制御せいぎょ: 周期しゅうき毎ごとにおけるON時間じかんの割合わりあいを変化へんかさせることで、出力しゅつりょく電圧でんあつを連続れんぞく的てきに制御せいぎょする。サイリスタを用もちいたものはサイリスタ位相いそう制御せいぎょと呼よばれる。力ちから率りつが低ひくく高調こうちょう波はも発生はっせいする。
変圧へんあつ器きタップ切せつ換かわ: 変圧へんあつ器きタップにより、整流せいりゅう素子そしの交流こうりゅう入力にゅうりょく電圧でんあつを制御せいぎょする。

力ちから率りつ改善かいぜん回路かいろ[編集へんしゅう]

交流こうりゅう入力にゅうりょく電圧でんあつ波形はけいに合あわせた電流でんりゅう入力にゅうりょく波形はけいにし、力ちから率りつ改善かいぜんするため用もちいられる。

ピーク電流でんりゅう制御せいぎょ: 周波数しゅうはすう可変かへんの自じ励発振はっしんを行おこなうことによりピーク電流でんりゅう波形はけいを電圧でんあつと同相どうしょうにする。小型こがた機器ききに用もちいられる。
平均へいきん電流でんりゅう制御せいぎょ: 周波数しゅうはすう固定こていの他た励発振はっしんを行おこなうことにより平均へいきん電流でんりゅう波形はけいを電圧でんあつと同相どうしょうにする。大型おおがた機器ききに用もちいられる。

平滑へいかつコンデンサ[編集へんしゅう]

「脈みゃく流りゅう」も参照さんしょう

整流せいりゅう回路かいろに抵抗ていこう負荷ふかを接続せつぞくしたとき、負荷ふか端子たんし間あいだの脈動みゃくどう成分せいぶんを減へらすために、平滑へいかつコンデンサを整流せいりゅう回路かいろの出力しゅつりょく端子たんし間あいだに挿入そうにゅうする。

この場合ばあい、その静しずか電でん容量ようりょうが大おおきく、抵抗ていこう負荷ふか電流でんりゅうが小ちいさいほど、コンデンサからの放電ほうでんが緩ゆるやかになり、脈動みゃくどう成分せいぶんは小ちいさくなる^[7]。

脚注きゃくちゅう[編集へんしゅう]

^ ^a ^b 電気でんき用語ようご辞典じてん編集へんしゅう委員いいん会かい編へん『新版しんぱん電気でんき用語ようご辞典じてん』コロナ社しゃ、1982年ねん　「整流せいりゅう」「整流せいりゅう器き」「整流せいりゅう素子そし」
^ 岡村おかむら総そう吾われ監訳かんやく『IEEE電気でんき・電子でんし用語ようご辞典じてん』丸善まるぜん、1989年ねん「整流せいりゅう」「整流せいりゅう器き」「整流せいりゅう素子そし」
^ ^a ^b 堀井ほりい武夫たけお『電気でんき機器きき概論がいろん』コロナ社しゃ〈電子でんし通信つうしん大学だいがく講座こうざ〉、1963年ねん8月がつ30日にち。
^ 宮入みやいり庄太しょうた「4．整流せいりゅう回路かいろ」『大学だいがく講義こうぎパワーエレクトロニクス』丸善まるぜん、1974年ねん
^ 佐藤さとう守男もりお「第だい3章しょうソフト同期どうき整流せいりゅう型がたスイッチング電源でんげん…16.5V3A」『トランジスタ技術ぎじゅつSPECIAL No.57』 pp.47-49、CQ出版しゅっぱん社しゃ、1997年ねん
^ Lander, Cyril W. (1993). “2. Rectifying Circuits” (英語えいご). Power electronics [パワーエレクトロニクス] (3rd ed.). London: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-707714-3
^ 電気でんき主任しゅにん技術ぎじゅつ者しゃ国家こっか試験しけん問題もんだい平成へいせい16年度ねんど第だい3種しゅ