交流と脈流

質問

はじめまして。

大学で電子回路について学んでいるのですが、最近買った参考書を勉強しているうちにちょっとした疑問が出たので、質問させてもらいます。

「脈流には交流成分と直流成分が含まれており、平滑回路を用いて、交流成分と直流成分に分けることができる」、という記述を読んでいて思ったことなのですが、脈流というのは、もともとは純粋な交流のはずです。

ということは、脈流に直流成分が含まれているのはおかしいのでは？と思うのです。

もともと純粋な交流を発生させる交流電源というのは存在しないのでしょうか？
それとも、整流回路を用いて、脈流に変換する際になんらかの直流成分が混じるのでしょうか？
もしくは、交流、直流の定義を勘違いしているのでしょうか？

つまらない質問ですが、ご教授いただけたら、と思います。

回答No.4

noname#175206 · ベストアンサー

補足、承りました。#3です。

>平滑回路は交流と直流を分離するというよりも、むしろ交流を直流として近似するという表現の方が正しい、ということでしょうか？

　交流を脈流と言い換えれば、その通りです。
　交流を変動する直流、つまり脈流に直すのが、整流回路です。
　直流である脈流の変動を押さえて、平らに滑らかにするのが平滑回路ですね。
　交流を平滑回路に通してしまうと、プラスマイナスが相殺されて、電源電圧0Vになってしまいます。

>また参考書で述べられている、「交流成分」「直流成分」というのは、

　基本的には、交流と言うのは電圧0をまたいで正負を繰り返すものを言います。
　sin(ωt)とあらわされる波は、時間tが増えるにつれ、0をまたいで、－1～0～＋1と正負を繰り返しますね。
　これだけではないですけど、そういうのが交流です。普通は周期が一定の場合を言うことが多いです。

　これを、絶対値に直したら、|sin(ωt)|で、0～＋1で変動しますね。ですから、これは直流になりますが、変動するので、特に脈流と呼んでいます。これが交流が整流回路で直流に変換されたものになります。

　先に述べましたように、電圧を底上げするように、sin(ωt)＋1としても、これは0～2で変動して正負が変わりません。これも直流です。

　これは余談で、実際に見た事故ですが、5Vの直流回路でアースを取ったら、実は100Vの交流電圧がかかっていて、発火したということがありました。
　回路内の2本の導線の電位差はいつも5Vでしたが、実は交流100Vの変動があって、－95～105Vで変動する交流だったわけです。
　アースとの電位差を調べていなくて、回路内だけ調べていて変動が分からず、隠れた交流電圧に気が付かなかったのがミスでした。

　閑話休題。
　従って、交流、直流というのは、実際にあって、それぞれ交流は電圧0をまたいで正負が周期的に変わる、直流はもし変動しても正負までは変わらないという定義があります。

お礼

大変丁寧な回答、本当にありがとうございます。

なるほど、直流と交流というのはそれぞれ独自に存在しているのですね。

事故の事例では、電源電圧が5Vの直流電圧と100Vの交流電圧の混在する電源だったため、アースをとると発火したということと解釈しました。

回答No.3

noname#175206

>「脈流には交流成分と直流成分が含まれており、平滑回路を用いて、交流成分と直流成分に分けることができる」

　ここだけ見ると、変ですね。平滑回路は変動する直流電流である脈流を、変動を少なくする回路です。

　実際の例で説明した方が早いかもしれません。

　家庭用電源は交流ですね。

　電圧：E＝Vsin(ωt)

といった感じです。正負が変動します。

　Eは平均で100Vになっており、Vは交流で振幅する最大の電圧で120Vくらい。
　ωは周波数で、日本では50Hzと60Hzがあるのはご存じの通りです。

　直流電圧が必要なときは、整流回路を使いますね。
　すると得られる直流電圧は、

　E'＝|Vsin(ωt)|

で正負は変わらなくなり、一方が正、他方が負ですが、まだ変動しています。

　これ以外にも、E＝V(sin(ωt)＋1）のようなこともあり得るでしょうけど、例として説明するのは割愛します。

　さて、これをそのまま使うと、流れる電流は直流でも、電圧が変動するために電流も変動する、つまり脈流になります。

　それではまずいときに、平滑回路で電圧の上下動を下げます。

　単純にはコンデンサを使って電圧の高い時にコンデンサに電荷を溜め、電圧が下がるときにコンデンサから電荷が出て行くようにします。

　これで脈流の変動は下がりますが、さらに変動を押さえたいときは、チョークコイルなどを使います。

補足

回答ありがとうございます。

つまり、平滑回路は交流と直流を分離するというよりも、むしろ交流を直流として近似するという表現の方が正しい、ということでしょうか？

また参考書で述べられている、「交流成分」「直流成分」というのは、実際にそのような成分として単独で存在しているわけではなく、回路の機能を分かりやすく説明するために、便宜的に用いられているものと解釈した方がよいのでしょうか？

まだ、自分の考えに確証が持てないので、よろしければもう一度回答をいただきたいです。

回答No.2

fjnobu

定義は、交流とは、大きさと方向が変化する。直流は大きさと方向が常に同じ。と有ります。
脈流は、方向が変化せず、大きさが変化するのです。
だから直流分に交流が載っているのです。直流分を除くと、交流になります。

補足

回答ありがとうございます。

ということは、整流回路によって方向が固定されることを、もともとの交流成分に直流成分が混じった、と解釈してもよいのでしょうか？

その上で質問なのですが、平滑回路で直流を得る際、コンデンサを用いて時間変化する信号成分の除去し、ほぼ均一になった電流を近似的に直流電流として扱う、といった内容の記述があります。

ここで出力される直流電流とは、変換時に加わった直流成分と解釈してよいのでしょうか？

また、コンデンサによる時間変化する信号成分の除去とは、コンデンサに安定に充電が為されることを指すのでしょうか？

質問の内容が平滑回路になってしまい申し訳ありませんが、よろしくお願いします。

回答No.1

中村 拓男（@tknakamuri）

脈流とは直流に若干の交流分が混じっていることです。

http://www.sophia-it.com/content/%E8%84%88%E6%B5%81
http://www.weblio.jp/content/%E8%84%88%E6%B5%81
http://dictionary.goo.ne.jp/leaf/jn2/213557/m0u/
http://kotobank.jp/word/%E8%84%88%E6%B5%81
http://www.wdic.org/w/SCI/%E8%84%88%E6%B5%81

お礼

回答ありがとうございます。

脈流の定義は理解できたのですが、それを直流に変換する過程がよく理解できていなかったようなので、もう少し調べてみます。