半波整流回路について

質問

ここに画像は載せられないみたいなので
http://kyoto.cool.ne.jp/afu/oscillo.jpg
を見てください。これは半波整流回路に電流を流した結果をオシロスコープで
見たものです。回路構成はコンデンサとダイオード、10kの抵抗を直列につなぎ
そして1kの抵抗が並列につないだり離したりできるような回路になっています。
ちなみに左の図は1k抵抗をつないだ時、つまり抵抗値が11分の10の時で右の図が
10k抵抗のみつないだ図です。
この結果を見て今ひとつ意味がわからないことがあったので質問させていただきます。まず一目瞭然で電圧のスカートが違うのです。それと放電している時の
傾きが違うのですが、これには時定数が絡んでいるのは分かりますが、式に表せないのです。なるべく詳しく解説して欲しいです。お願いします。

回答No.1

Umada · ベストアンサー

オシロスコープの画面を見ましたが、リーズナブルな結果だと思います。
おそらくは半波整流回路のあとに、コンデンサ入力型の平滑回路を入れておいでのことと思います(下図、等幅フォントでご覧ください)。以下はその前提でのお話です。

交流
入力
→　ダイオード
　━━＞┃━┳━出力　←━┓
　　　　　　━　　　　　　＜
　コンデンサ━　　　　　　＜負荷抵抗R
　━━━━━┻━　　　←━┛

(1)まず、ダイオード出力の立ち上がりの1/4サイクルですが、この間はコンデンサがチャージされます。交流入力の内部抵抗を≒0とすれば、出力には入力電圧そのままの波形、すなわち正弦波(の一部)が出ます。

(2)立ち下がりの1/4サイクルが、ここでの考察の主眼となります。
もしコンデンサにどこからも電荷が入ってこなければ、既にご存じかと思いますがコンデンサはexp(-t/CR)に比例して放電します。
しかしダイオードからの出力電圧(例えば、E0・sin(ωt)の一部区間)の変化がこれより緩慢であれば(なかなか下がらなければ)、その分コンデンサに電荷が補われますから最終的な出力はダイオード出力電圧と同じのままです。

(3)ところがそのうちに、ダイオード出力電圧の低下が上記のコンデンサの放電速度より速くなって、コンデンサへの電荷の補給ができなくなります。
(そのようになる時刻tを求める方程式は解析的に解けません。出すとすれば数値的に解くことになります)
この時刻より先はダイオードとコンデンサの間が切り離された形になり、単なるCRの放電の話(exp(-t/CR))になります。
ダイオードがオフ状態であるその先の1/2サイクルも事情は同様で、単純なコンデンサの放電として取扱えます。

(4)再びダイオードの出力電圧が上昇する1/4サイクルとなって、その時にコンデンサに残っている電圧を超えると(1)に戻ります。

説明は以上に留めますのでこの先はご自分で勉強して/考えてみて下さい。負荷の抵抗値を変えた場合のスカート特性の違いも上記からほとんど自明なことです。
もしレポート課題などでなく具体的に何かお困りでこの質問をされたということであれば、もう少し詳しく説明しますから補足にその旨ご記入下さい。

お礼

ご回答有難うございます！
早速回答していただいたみたいでとても嬉しいです。
レポート課題ではなくもうじきテストがありその試験勉強みたいな形で
今までやってきた実験を一つ一つ復習していたのですが
基礎がなってないもので全然分からなかったのです。
すみませんでした。ここからは自分で考えてみる事にします。
本当に有難うございました！