ブリッジ全波整流について

質問

なぜ、アース点（常にマイナス電位）がブリッジの左端の点になるのかわかりません。
センタータップ式の場合はアース点（常にマイナス電位）が理解できるんですが。
http://www.picfun.com/graphics/dengen03.gif

回答No.3

noname#215107 · ベストアンサー

補足です。
先ほどの回路と全く同じ回路ですが、書き方を変えてこのようにすると、マイナス電源として使えます。

マイナスの電源で動作する機器(両電源のオペアンプの片方の電源など)に使えます。

お礼

ようするに、負荷に入る前を０V（基準）として負荷で電圧降下起こるから負荷から出たところではさらに低い電圧（マイナス）になってるって事ですよね。でも負荷自体にかかる電圧はプラス電圧なんではないでしょうか？だって、交流での±は、単に流れる方向が違うだけで（トランスの上側から出て下に戻るか、下から出て上に戻るかの違い。）エネルギー的には同じ電圧持った電気に過ぎないですよね？

補足

要するに、どちらをアース点にしようが流れる電流そのものは同じ物ですよね？

回答No.10

xxxx__xxxx

＞何故アース点（常にマイナス電位）が、ブリッジの左端の点になるのかわかりません
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図を添付のように書き換えますと、

トランス側(上青が＋の時)整流子(1)→抵抗(R)を経て整流子(2)を通りトランスの下側へ戻るサーキット(回路)が成り立ちます。

AC(交番電流)のトランス下側(緑が＋に成ると)整流子(3)を通ってRを流れ整流子(4)を通る(回路)が成り立ちます。

詰まり、整流子(2)のアノード及び整流子(4)のアノードは、共通(つながって居る)←色分けでは(赤い部分)
＋や－と言う見方より回路が構成され(電流が流れて)居れば＋から－へ電流が流れて居るのだなと、概念的に納得出来るのでは無いでしょうか。

直流(実際は、脈流Pulsating current）なので、電解コンデンサーを(自動車のバッテリーに見立てて)リップルを平滑にし依り直流に近づけているが、全波整流でもなお(100Hz又は120Hz)のリップルは重々されている。

お礼

図作成ありがとうございました。理解できました。

回答No.9

CC_T

NO.6より
＞はい。それは理解できてます。
それならば+Ｖと－Ｖの間に電位差がある事がちゃんとイメージできているはずです。
センタータップと同じGNDレベルの電圧（0V)となる瞬間を除くと、＋Ｖと－Ｖの間には常に電位差があるわけで、ブリッジ左端の方が右端よりも電位が低いということは自明なはずです。

水の流れのイメージなら「抵抗無し」のモデルでも成立します。
トランス部分をピストン、電路をそれなりに深さがある水路としてイメージしてください。
ダイオード部分での水の流れは▲矢印方向への一方通行で、逆流はしません。

トランス1次側に通電する前は、水路の水は水路のどこをとっても水路高さの真ん中位置にある（ＧＮＤの高さ）。
トランス1次側に通電すると、ピストンが往復運動を始めます。水は粘性があるので、ピストンはゆっくりと動くイメージをしたほうがいいですね。ピストンの片側でＧＮＤより水位が高くなると、その裏側ではＧＮＤより水位が低くなりますね。そして、水面が高くなった水路から水面が低い水路へと水が流れていくことになる。
水路の水は細かい波の形ではなく、津波のように水面が連続したまま動く感じでイメージを。

さて、このイメージでブリッジ左端の部分で水の動きはどうなるでしょうか。
ピストンがどちらの向きに動いても、ダイオードの働きがあるのでＧＮＤレベル（中央）より高くなる事は無いですし、ブリッジ右端よりも水面が高くなる事もありません。

なお、「抵抗有り」の場合、抵抗は水車として考えます。上流側と下流側に水位差がないと、水車は動きません。

お礼

ええ、ダイオードの働きをよく考え理解できました。ありがとうございました。

補足

ダイオードの働きで、ブリッジ右端には常に最高電位の電流しか経路にできない、
ブリッジ左端は常に最低電位の電流しか経路に使えないってことですね。

回答No.8

noname#215107

>最初の画像ですが、抵抗両端のプローブを逆にして測れば2番目の画像と同じ直流マイナス波形が出ますよね。

はい、正解です。
なぜなら1枚目の画像と2枚目の画像は全く同じ回路で、図の書き方を変えただけですから。

>それと、画像の平滑コンデンサ１mF？（１０００μF）が電解コン（極性あり）としたら
1番目の画像のパターンでも2番目の画像のパターンでも上線側がプラス端子ですよね？

2枚目の画像のように直流の電源回路をマイナス電源として使う場合は「上線側」は、プラスとは呼びません。GND(グランド)またはアースと呼ばれてます。これに対して下のほうの線はマイナス端子です。
コンデンサに極性がある場合は、コンデンサのマイナス端子を電源のマイナス側につなぎ、コンデンサのプラス端子は電源のGND(0V)につないで使います。

」

お礼

ありがとうございました。画像まで作っていただき大変助かりました。

回答No.7

noname#215107

>負荷から出た地点での電圧は負荷での電圧降下で負荷に入る前の電圧より落ちてますよね？

勘違いされているようですが負荷での電圧降下は考慮する必要はありません。
負荷から見た電源回路の内部抵抗が十分小さければ、電圧はわずかに下がるだけです。
ここで「電圧がわずかに下がる」といったのは、電源端子(GNDの反対側)の電位が、GND(アース)の電位に少しだけ近づくということです。
(例:+3Vなら+2.9Vに、 -3Vなら-2.9Vに下がる)
それもここでは考慮する必要はありません。

>ですから負荷から出た地点に繋がってる線がアース地点として、負荷に入る前はそれよりプラスの電圧だった、入る前と出た後では電源電圧がかかってるって事ですよね。

「電位」と「電圧」を混同されているのだと思います。
負荷が何Ωであろうと、負荷抵抗が無限大(負荷をつないでいない状態)であろうと、同じことです。
電圧を測るには負荷抵抗の両端に電圧計を当てて測定します。
電圧とは2箇所の電位の差のことです。

>で、質問なんですが上記はキルヒホッフの第二法則負荷で全電源電圧使い果たし、０Vになってるのになぜトランスまで帰って来れるのでしょうか？実際は負荷で全電圧降下起こってるわけではなく配線の抵抗成分用の電圧が残ってるからでしょうか？

これも電位と電圧を混同されていることに由来する誤解だと思います。

前回の回答でのシミュレータ実験では、負荷抵抗の両端に電圧計(オシロスコープ)をつないでいますので、再度確認してみてください。

お礼

最初の画像ですが、抵抗両端のプローブを逆にして測れば2番目の画像と同じ直流マイナス波形が出ますよね。
それと、画像の平滑コンデンサ１mF？（１０００μF）が電解コン（極性あり）としたら
1番目の画像のパターンでも2番目の画像のパターンでも上線側がプラス端子ですよね？

回答No.6

CC_T

No.4再。
＞多分負荷（抵抗成分）での電圧降下で電圧が下がりますよね、
＞それで負荷にかかる前の地点と負荷から出てトランスに戻る地点での
＞電圧がアースポイント側では低くなってるからだと思いますが違いますでしょうか？

理解のためのイメージとしては悪くはないですが、そのイメージでは負荷が短絡した時に困るのは変わりないですね。
あくまでも現象としては「負荷で電圧が下がる」のではなく、「正負の差分だけの電圧が負荷に掛かる」ものなので、因果関係が逆なんです。

先の回答リンクの図Bで、センタータップをGNDとすると、「＋V」と「－V」となっている事は理解できているのでしょうか。
センタータップと「＋V」の間に負荷を繋ぐと負荷に15Ｖの電圧がかかりますが、センタータップと「－V」の間に負荷を繋いでもその負荷に15Ｖが掛かります。
センタータップと「＋V」の間に負荷を繋ぐ場合、センタータップ側が0Ｖで＋Ｖ側が+15Ｖです。
センタータップと「－V」の間に負荷を繋ぐ場合、センタータップ側が０Ｖで－Ｖ側が－15Ｖです。
で、センタータップを無視して＋Ｖと－Ｖの間に負荷を繋ぐと、その負荷には30Ｖがかかるんですが、それがイメージできるでしょうか。

家庭用の単相３線式電源でも似たような事です。

直流は水流に例えて理解がしやすいものですが、交流は静止画で説明しにくいんですよね・・・。
いっそブリッジの後にコンデンサを付けて平滑した場合で考えてみると、分かりやすいのではないでしょうか。

お礼

＞センタータップを無視して＋Ｖと－Ｖの間に負荷を繋ぐと、その負荷には30Ｖがかかるんですが、それがイメージできるでしょうか。

はい。それは理解できてます。

回答No.5

tadys

センタータップ式が理解できているのなら、何も難しいことは無いんですが。
センタータップを基準点に選べば、ブリッジの右端＋Vがブリッジの左端に－Vが出力されますよね。

ところで、基準点をどこに選ぶかは完全に自由です。
ブリッジの左端を基準点に選べば、ブリッジの左端０V、センタータップ＋V、ブリッジの右端＋２Vになります。
これも良いですよね。

負荷抵抗をブリッジの左端とブリッジの右端の間に接続すると、センタータップには電流が流れません。
電流が流れていない線は有っても無くてもいいので、この線を切断するとブリッジ全波整流になります。

お礼

センタータップ式で、ブリッジダイオード使う場合は二回線センタータップ式の場合だけですよね？
中文の意味はわかりますが、最後のブリッジ両端に負荷抵抗（橋渡し？）はなぜそうなるのかわからないです。

回答No.4

CC_T

ダイオードは基本的に一方向にしか電気を流さないからなんですけどね…。

添付リンクの資料にはセンタータップとの比較も書いてあるのですが、分かりにくいかな？

参考URL：

http://www.eleki-jack.com/KitsandKids2/2008/05/ltspice131.html

お礼

この図のことは知ってて流れる方向もわかってたんですが、今考えてて、なぜ左端がアースポイントになれるのかわかった気がします。多分負荷（抵抗成分）での電圧降下で電圧が下がりますよね、それで負荷にかかる前の地点と負荷から出てトランスに戻る地点での電圧がアースポイント側では低くなってるから（というか、キルヒホッフの法則で言えば０V？）だと思いますが違いますでしょうか？

回答No.2

noname#215107

>なぜ、アース点（常にマイナス電位）がブリッジの左端の点になるのかわかりません。
回路の書き方の便宜上、そう定義しただけのことです。

マイコンなど直流のプラス電源で動作する機器は、GND端子に0V、電源端子に+何Vを印加して動作します。

その回路図のダイオードブリッジの左側部分の点を0Vと定義すれば、接続する負荷の立場から見れば、電源出力は常に0Vより大きいプラス電圧が出ていることになります。

添付画像は、ご質問と同様の回路を作成してみました。
Vp-p 10Vの交流をつなぎ、オシロスコープを繋いで波形を観察してみました。

定義したGNDを基準にすると常に出力はプラスの電圧が出ていることがわかると思います。

お礼

忘れてた事なんですが、負荷から出た地点での電圧は負荷での電圧降下で負荷に入る前の電圧より落ちてますよね？ですから負荷から出た地点に繋がってる線がアース地点として、負荷に入る前はそれよりプラスの電圧だった、入る前と出た後では電源電圧がかかってるって事ですよね。で、質問なんですが上記はキルヒホッフの第二法則ですが、負荷で全電源電圧使い果たし、０Vになってるのになぜトランスまで帰って来れるのでしょうか？実際は負荷で全電圧降下起こってるわけではなく配線の抵抗成分用の電圧が残ってるからでしょうか？

補足

絵まで作成していただき大変ありがとうございました。

回答No.1

Nebusoku3

ご存知のように交流の電源は電流の方向がサイクルごとに反転します。
添付の図を参照ください。

左側：　赤い矢印がダイオードの整流作用で、負荷側の電流の方向は　下へ

右側：　も赤の矢印はダイオードの整流作用で、負荷側の電流の方向は　同じく下へ

つまり半サイクルごとの反転電流が負荷に対しては　一方向（つまり整流）することになりマイナス店がブリッジの左端の点になります。

お礼

絵で説明いただき大変ありがとうございました。
絵の流れる方向のこと（反転含め）は理解してたんですが、ブリッジの左端がアースポイントというのがやはり納得いきません。なぜならここは、左の絵で言えば電流が出てくる側（上線）も帰る側（下線）も、ブリッジの配線で繋がってますよね。という事は、源流を辿れば、電位の高い側の線とも低い側の線とも繋がってるんでアース点の電位が固定しないんじゃないですか？