エレクトロニクスII　佐藤勝昭教員　金曜１限９４番教室　2003年度第2回配付資料03.10.10

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E-mail: satokats@cc.tuat.ac.jp Office: 4号館514号室(042-388-7120)

教科書：竹村裕夫著「電子回路の基礎」（コロナ社）

ACアダプターを分解しようーダイオードと整流回路ー

ACアダプター

・電話機、ノートパソコン、液晶テレビ・・
多くのエレクトロニクス機器にはACアダプターが必要です。電灯線はAC 100Vです。
これをエレクトロニクス機器に必要なDC 6V, 12V, 15Vに変換するのがACアダプターです。

・ AC=alternating current (交流)、DC=direct current (直流)

・構成は、トランス、全波整流ダイオードブリッジ、コンデンサーというシンプルなものです。

実体験コーナー
ACアダプターを分解するとトランス、４本のダイオード、　電解コンデンサからできている

ACアダプターの回路図

・タップつきトランスを用いる方法

・ダイオードブリッジを使う方法

トランスの役割

・電灯線の100Vを必要な低圧に変換

・磁性体巻き心に１次コイルと２次コイルを巻いたもの

・電圧比は１次コイルと２次コイルの巻き数比で決まる。

整流－半波整流と全波整流－

・電灯線：交流、正負の極性が時間とともに正弦波的に周期的に変化E=E₀sinwt

・半波整流：一方の極性のみをとる

・ E’= E₀sinwt (2np<wt<(2n+1)p)

・ E’=0 ((2n+1)p<wt<2(n+1)p)

・全波整流：絶対値をとる

・ E’= E₀sinwt (2np<wt<(2n+1)p)

・ E’= -E₀sinwt ((2n+1)p<wt<2(n+1)p)

半導体ダイオードと整流作用

・半導体のｐｎ接合はｐ側が正のとき、ある閾値を超えると電流がよく流れる（順方向）

・逆方向に電圧を加えると
電流が流れにくい

・ツェナー電圧を超えると
急に電流が流れる

ダイオードを用いた半波整流

・ダイオードは、スイッチとして働く

・負荷と直列にダイオードを入れるだけで半波整流ができる。

ダイオードブリッジを用いた全波整流

・ Aの電位がCより高いとA→B, D→Cのスイッチが開くのでBが正, Dが負になる。

・ Cの電位がAより高いと、D→A, C→Bのスイッチが開きBが正, Dが負となる。

コンデンサの役割は？

・脈流をコンデンサで平滑化して滑らかな直流を得る

・ RC回路は積分作用をもち、低域濾波器となる

うんちくコーナー
ダイオードの元の意味は二極管

・ダイオードの元の意味は、２極管（カソードとアノードのみからなる真空管）です。整流作用をもち、交流を単極性の脈流に変える作用があります。

・現在では、２極管と同じ整流作用をもつ半導体素子をダイオードといいます。

発展コーナー
半導体(semiconductor)とは

・導体(金属)と不導体(絶縁物)の中間的な導電性をもつ物質

・金属では、温度上昇とともに導電性が低下する（＝電気抵抗が上がる）が、半導体では温度上昇とともに導電性が向上する(=電気抵抗が下がる)

・半導体を特徴づけるのは、そのエネルギー状態に電子の詰まった「価電子帯」と、電子がほとんど占有しない「伝導帯」とがあり、両者を隔てる「バンドギャップ」が存在することである。

半導体の抵抗率

・ (佐藤・越田：応用電子物性工学　図4.2)

半導体の電気抵抗率の温度変化

・佐藤・越田：応用電子物性工学　

半導体ｐｎ接合とは？

・ｐ形半導体：ホールがキャリアである半導体(例：B（ホウ素）添加Si)

・ｎ形半導体：電子がキャリアである半導体　 (例：P（リン）添加Si)

・ｐ形半導体とｎ形半導体を接合すると、電子・ホールの拡散により、接合部に空乏層ができ、拡散電位差が発生する。

・整流用ダイオードも、発光ダイオード(LED=light emitting diode)、半導体レーザ(LD=laser diode)も、フォトダイオード(PD)、電荷結合撮像素子(CCD=charge coupled device)もｐｎ接合が基本

・（物理システム工学実験I,IIテキスト、Fディジタル回路のp.140「F2　トランジスタでディジタル回路を作る」参照）

ｐｎ接合の原理

・ｐ形半導体とｎ形半導体を接合すると、ｐ形側からホールがｎ形側に、ｎ形側から電子がｐ形側に拡散する。

・すると境界には、ｐ形側ではホールのいなくなった（負に帯電した）部分が、ｎ形側では電子がいなくなった（正に帯電した）部分ができる。この領域を「空乏層」という。

・この領域では、正負電荷の間に電位差が生じ、これ以上の電荷移動を防いでいる。この電位差を「拡散電位差」または「内蔵電位差」という。

演習コーナー
ダイオードの動作点

・整流性：ダイオードは、理想的にはスイッチと考えられる。

・実際には、閾(しきい)特性をもつので、スイッチ動作させるには、ある電圧を必要とする。

・動作点とは、ダイオードに実際にかかっている電圧と、流れている電流で表される点

・ダイオードのI_DとV_Dの関係はグラフで与えられる。キルヒホフの法則からI_D=(E-V_D)/R

・両方を満足させるのは、交点である。これを動作点という。

ダイオードの動作点

・あるダイオードの順方向特性は右図で表されるとする。このとき次の問に答えよ。

・ダイオードに直列に100Wの抵抗を接続し、直列回路の両端に7Vの直流電圧を順方向になるように加えたとき、ダイオードに流れる電流I_D、ダイオードの両端の電圧V_D、抵抗の両端の電圧V_Rを図に負荷線を描いて求めよ。

問題コーナー

・配布した紙に学年、学籍番号、氏名、連絡用メールアドレスを書いて下さい。（なければ、学籍番号のアドレスy225***@ug.tuat.ac.jpにメールします。）

・ pn接合ダイオードのI-V特性を測定するには、どのような装置を用意し、どのような配線をすればよいかを考えて、具体的なやり方を書いて下さい。

学年

学籍番号

氏名

メールアドレス

演習コーナー

あるダイオードの順方向特性は右図で表されるとする。このとき次の問に答えよ。

ダイオードに直列に100Wの抵抗を接続し、直列回路の両端に7Vの直流電圧を順方向になるように加えたとき、ダイオードに流れる電流I_D、ダイオードの両端の電圧V_D、抵抗の両端の電圧V_Rを図に負荷線を描いて求めよ。

問題コーナー

pn接合ダイオードのI-V特性を測定するには、どのような装置を用意し、どのような配線をすればよいかを考えて、具体的なやり方を書いて下さい。

ACアダプターを分解しようーダイオードと整流回路ー

ACアダプター

・ 電話機、ノートパソコン、液晶テレビ・・ 多くのエレクトロニクス機器にはACアダプターが必要です。電灯線はAC 100Vです。 これをエレクトロニクス機器に必要なDC 6V, 12V, 15Vに変換するのがACアダプターです。

・ AC=alternating current (交流)、DC=direct current (直流)

・ 構成は、トランス、全波整流ダイオードブリッジ、コンデンサーというシンプルなものです。

実体験コーナー ACアダプターを分解するとトランス、４本のダイオード、 電解コンデンサからできている

ACアダプターの回路図

・ タップつきトランスを用いる方法

・ ダイオードブリッジを使う方法

トランスの役割

・ 電灯線の100Vを必要な低圧に変換

・ 磁性体巻き心に１次コイルと２次コイルを巻いたもの

・ 電圧比は１次コイルと２次コイルの巻き数比で決まる。

整流－半波整流と全波整流－

・ 電灯線：交流、正負の極性が時間とともに正弦波的に周期的に変化E=E0sinwt

・ 半波整流：一方の極性のみをとる

・ E’= E0sinwt (2np<wt<(2n+1)p)

・ E’=0 ((2n+1)p<wt<2(n+1)p)

・ 全波整流：絶対値をとる

・ E’= E0sinwt (2np<wt<(2n+1)p)

・ E’= -E0sinwt ((2n+1)p<wt<2(n+1)p)

半導体ダイオードと整流作用

・ 半導体のｐｎ接合はｐ側が正のとき、ある閾値を超えると電流がよく流れる（順方向）

・ 逆方向に電圧を加えると 電流が流れにくい

・ ツェナー電圧を超えると 急に電流が流れる

ダイオードを用いた半波整流

・ ダイオードは、スイッチとして働く

・ 負荷と直列にダイオードを入れるだけで半波整流ができる。

ダイオードブリッジを用いた全波整流

・ Aの電位がCより高いとA→B, D→Cのスイッチが開くのでBが正, Dが負になる。

・ Cの電位がAより高いと、D→A, C→Bのスイッチが開きBが正, Dが負となる。

コンデンサの役割は？

・ 脈流をコンデンサで平滑化して滑らかな直流を得る

・ RC回路は積分作用をもち、低域濾波器となる

うんちくコーナー ダイオードの元の意味は二極管

・ ダイオードの元の意味は、２極管（カソードとアノードのみからなる真空管）です。整流作用をもち、交流を単極性の脈流に変える作用があります。

・ 現在では、２極管と同じ整流作用をもつ半導体素子をダイオードといいます。

発展コーナー 半導体(semiconductor)とは

・ 導体(金属)と不導体(絶縁物)の中間的な導電性をもつ物質

・ 金属では、温度上昇とともに導電性が低下する（＝電気抵抗が上がる）が、半導体では温度上昇とともに導電性が向上する(=電気抵抗が下がる)

・ 半導体を特徴づけるのは、そのエネルギー状態に電子の詰まった「価電子帯」と、電子がほとんど占有しない「伝導帯」とがあり、両者を隔てる「バンドギャップ」が存在することである。

半導体の抵抗率

・ (佐藤・越田：応用電子物性工学 図4.2)

半導体の電気抵抗率の温度変化

・ 佐藤・越田：応用電子物性工学

半導体ｐｎ接合とは？

・ ｐ形半導体：ホールがキャリアである半導体(例：B（ホウ素）添加Si)

・ ｎ形半導体：電子がキャリアである半導体 (例：P（リン）添加Si)

・ ｐ形半導体とｎ形半導体を接合すると、電子・ホールの拡散により、接合部に空乏層ができ、拡散電位差が発生する。

・ 整流用ダイオードも、発光ダイオード(LED=light emitting diode)、半導体レーザ(LD=laser diode)も、フォトダイオード(PD)、電荷結合撮像素子(CCD=charge coupled device)もｐｎ接合が基本

・ （物理システム工学実験I,IIテキスト、Fディジタル回路のp.140「F2 トランジスタでディジタル回路を作る」参照）

ｐｎ接合の原理

・ ｐ形半導体とｎ形半導体を接合すると、ｐ形側からホールがｎ形側に、ｎ形側から電子がｐ形側に拡散する。

・ すると境界には、ｐ形側ではホールのいなくなった（負に帯電した）部分が、ｎ形側では電子がいなくなった（正に帯電した）部分ができる。この領域を「空乏層」という。

・ この領域では、正負電荷の間に電位差が生じ、これ以上の電荷移動を防いでいる。この電位差を「拡散電位差」または「内蔵電位差」という。

演習コーナー ダイオードの動作点

・ 整流性：ダイオードは、理想的にはスイッチと考えられる。

・ 実際には、閾(しきい)特性をもつので、スイッチ動作させるには、ある電圧を必要とする。

・ 動作点とは、ダイオードに実際にかかっている電圧と、流れている電流で表される点

・ ダイオードのIDとVDの関係はグラフで与えられる。キルヒホフの法則からID=(E-VD)/R

・ 両方を満足させるのは、交点である。これを動作点という。

ダイオードの動作点

・ あるダイオードの順方向特性は右図で表されるとする。このとき次の問に答えよ。

・ ダイオードに直列に100Wの抵抗を接続し、直列回路の両端に7Vの直流電圧を順方向になるように加えたとき、ダイオードに流れる電流ID、ダイオードの両端の電圧VD、抵抗の両端の電圧VRを図に負荷線を描いて求めよ。

問題コーナー

・ 配布した紙に学年、学籍番号、氏名、連絡用メールアドレスを書いて下さい。（なければ、学籍番号のアドレスy225***@ug.tuat.ac.jpにメールします。）

・ pn接合ダイオードのI-V特性を測定するには、どのような装置を用意し、どのような配線をすればよいかを考えて、具体的なやり方を書いて下さい。

演習コーナー

あるダイオードの順方向特性は右図で表されるとする。このとき次の問に答えよ。

ダイオードに直列に100Wの抵抗を接続し、直列回路の両端に7Vの直流電圧を順方向になるように加えたとき、ダイオードに流れる電流ID、ダイオードの両端の電圧VD、抵抗の両端の電圧VRを図に負荷線を描いて求めよ。

・電話機、ノートパソコン、液晶テレビ・・
多くのエレクトロニクス機器にはACアダプターが必要です。電灯線はAC 100Vです。
これをエレクトロニクス機器に必要なDC 6V, 12V, 15Vに変換するのがACアダプターです。

・構成は、トランス、全波整流ダイオードブリッジ、コンデンサーというシンプルなものです。

実体験コーナー
ACアダプターを分解するとトランス、４本のダイオード、　電解コンデンサからできている

・タップつきトランスを用いる方法

・ダイオードブリッジを使う方法

・電灯線の100Vを必要な低圧に変換

・磁性体巻き心に１次コイルと２次コイルを巻いたもの

・電圧比は１次コイルと２次コイルの巻き数比で決まる。

・電灯線：交流、正負の極性が時間とともに正弦波的に周期的に変化E=E₀sinwt

・半波整流：一方の極性のみをとる

・ E’= E₀sinwt (2np<wt<(2n+1)p)

・全波整流：絶対値をとる

・ E’= E₀sinwt (2np<wt<(2n+1)p)

・ E’= -E₀sinwt ((2n+1)p<wt<2(n+1)p)

・半導体のｐｎ接合はｐ側が正のとき、ある閾値を超えると電流がよく流れる（順方向）

・逆方向に電圧を加えると
電流が流れにくい

・ツェナー電圧を超えると
急に電流が流れる

・ダイオードは、スイッチとして働く

・負荷と直列にダイオードを入れるだけで半波整流ができる。

・脈流をコンデンサで平滑化して滑らかな直流を得る

うんちくコーナー
ダイオードの元の意味は二極管

・ダイオードの元の意味は、２極管（カソードとアノードのみからなる真空管）です。整流作用をもち、交流を単極性の脈流に変える作用があります。

・現在では、２極管と同じ整流作用をもつ半導体素子をダイオードといいます。

発展コーナー
半導体(semiconductor)とは

・導体(金属)と不導体(絶縁物)の中間的な導電性をもつ物質

・金属では、温度上昇とともに導電性が低下する（＝電気抵抗が上がる）が、半導体では温度上昇とともに導電性が向上する(=電気抵抗が下がる)

・半導体を特徴づけるのは、そのエネルギー状態に電子の詰まった「価電子帯」と、電子がほとんど占有しない「伝導帯」とがあり、両者を隔てる「バンドギャップ」が存在することである。

・ (佐藤・越田：応用電子物性工学　図4.2)

・佐藤・越田：応用電子物性工学　

・ｐ形半導体：ホールがキャリアである半導体(例：B（ホウ素）添加Si)

・ｎ形半導体：電子がキャリアである半導体　 (例：P（リン）添加Si)

・ｐ形半導体とｎ形半導体を接合すると、電子・ホールの拡散により、接合部に空乏層ができ、拡散電位差が発生する。

・整流用ダイオードも、発光ダイオード(LED=light emitting diode)、半導体レーザ(LD=laser diode)も、フォトダイオード(PD)、電荷結合撮像素子(CCD=charge coupled device)もｐｎ接合が基本

・（物理システム工学実験I,IIテキスト、Fディジタル回路のp.140「F2　トランジスタでディジタル回路を作る」参照）

・ｐ形半導体とｎ形半導体を接合すると、ｐ形側からホールがｎ形側に、ｎ形側から電子がｐ形側に拡散する。

・すると境界には、ｐ形側ではホールのいなくなった（負に帯電した）部分が、ｎ形側では電子がいなくなった（正に帯電した）部分ができる。この領域を「空乏層」という。

・この領域では、正負電荷の間に電位差が生じ、これ以上の電荷移動を防いでいる。この電位差を「拡散電位差」または「内蔵電位差」という。

演習コーナー
ダイオードの動作点

・整流性：ダイオードは、理想的にはスイッチと考えられる。

・実際には、閾(しきい)特性をもつので、スイッチ動作させるには、ある電圧を必要とする。

・動作点とは、ダイオードに実際にかかっている電圧と、流れている電流で表される点

・ダイオードのI_DとV_Dの関係はグラフで与えられる。キルヒホフの法則からI_D=(E-V_D)/R

・両方を満足させるのは、交点である。これを動作点という。

・あるダイオードの順方向特性は右図で表されるとする。このとき次の問に答えよ。

・ダイオードに直列に100Wの抵抗を接続し、直列回路の両端に7Vの直流電圧を順方向になるように加えたとき、ダイオードに流れる電流I_D、ダイオードの両端の電圧V_D、抵抗の両端の電圧V_Rを図に負荷線を描いて求めよ。

・配布した紙に学年、学籍番号、氏名、連絡用メールアドレスを書いて下さい。（なければ、学籍番号のアドレスy225***@ug.tuat.ac.jpにメールします。）

ダイオードに直列に100Wの抵抗を接続し、直列回路の両端に7Vの直流電圧を順方向になるように加えたとき、ダイオードに流れる電流I_D、ダイオードの両端の電圧V_D、抵抗の両端の電圧V_Rを図に負荷線を描いて求めよ。