前回は半波整流回路について考えました。半波整流回路では、反対側に流れる（負の側）電気を流さないようにすることで、交流を直流にしていました。しかし、その方法では負の側の電気を捨てることになり、元々の交流の半分しか使わないことになります。そこで、負の側の電気も使おうと考えられたのが「全波整流回路」です。

半波整流の時と同様、電気の流れをコントロールするのにはダイオードを用います。半波整流では用いたダイオードは１つでしたが、全波整流では４つ用います。そして、図４のように接続します。このように接続した回路を「ダイオードブリッジ」と呼びます。

図４のダイオードブリッジを用いて、構成したのが全波整流回路になります。

では、全波整流回路の動作を見ていきましょう。まずは正弦波の正(+)側の動作です。

①正(+)側の場合はここがスタートになります。

②ここではD4には逆に電流は流れないので、D1に電流が流れます。

③D3にも逆に電流は流れないので、R1に電流が流れます。

④R1には上から下に電流が流れます。

⑤D4のカソード側の電圧は⑤の位置より高くなるため、D4には電流が流れません。この結果、電流はD2に流れます。

⑥以上のルートを通って電流は帰ってきます。

以上の動作より、正(+)側の場合はD3、D4は電気が流れず、動作していないことになります。次は正弦波の負(-)側の動作です。

①負(-)側の場合はここがスタートになります。

②ここではD2には逆に電流は流れないので、D3に電流が流れます。

③D1にも逆に電流は流れないので、R1に電流が流れます。

④R1には上から下に電流が流れます。

⑤D2のカソード側の電圧は⑤の位置より高くなるため、D2には電流が流れません。この結果、電流は D4に流れます。

⑥以上のルートを通って電流は帰ってきます。

以上の動作より、負(-)側の場合はD1、D2は電気が流れず、動作していないことになります。

全波整流回路の正(+)側、負(-)側のそれぞれの動作を見ていきました。どちらの場合も、R1に流れる電流は④に示す通りで同じ方向になり、半波整流で捨てていた負(-)側の電流も用いることができます。但し、各簡略図に示す通り、経路にダイオードが2個存在するため、その分、振幅は小さくなります。

なお、全波整流回路において、入力信号と出力信号の基準電圧(GND)が異なるため、同一画面で表示ができません。このため、今回は2台のE-Stationを使って画面表示しております。

今回は整流回路について考えていきます。整流回路は「交流を直流に変換する回路」になります。

交流とは家庭のコンセントに来ている電気ですが、時間により流れる方向が変化します。

一方、直流とは電池による電気で、時間により流れる方向が変化しません。

即ち、「交流から直流への変換」とは「電気の流れる方向をコントロールする」という処理になります。

ここで重要となってくる素子が「ダイオード」になります。ダイオードは以下の記号で表されます。

ダイオードの三角形の底辺側をアノード、線の側をカソードと呼んでいます。実物にもカソードを示す線が書いてあります。

ダイオードの特性は「一つの方向にだけ電気を通す」というものになります。

図５の(a)のようにアノード側に＋、カソード側に-の電圧を加えた場合を順方向電圧と呼びます。この場合には電気を通します。一方、図５の(b)のようにアノード側に-、カソード側に+の電圧を加えた場合を逆方向電圧と呼びます。この場合には電気を通しません。

図６はダイオードによる整流回路です。次にダイオードに交流信号を入力した場合を考えていきます。交流信号は時間と共に正負が変わる信号です。信号の正(+)側が順方向電圧の状態になり、負(-)側が逆方向電圧の状態になります。よって、正(+)側は電気が流れますが、負(-)側は電気が流れない状態になりますので、出力信号は、図4に示すように正(+)側の半分だけの波形になります。このように半分だけを取り出す回路を「半波整流回路」と呼んでいます。

図７のように、正(+)側を取り出し、負(-)側をとり除くことが出来ましたが、元々の正弦波と同じく時間による大きさの変化が存在しています。このような波形を「脈流」と呼んでいます。このままでは使えないので、「平滑回路」で変化の少ないなめらかな信号にする必要があります。これに関しては、「平滑回路」編で説明していますのでご確認ください。

さて、、、

元々の信号のうち半分を捨ててしまいましたが、使わないのはもったいないですよね？安心してください。ここでは使わなかったもう半分を使う方法があります！それは「全波整流」という整流方式になります。少し回路が複雑になりますが、じっくり取り組んで頂ければ、きっと理解できると思います。興味がある方は、「整流回路(全波)」編をご覧ください！

今回は平滑回路について考えていきます。

平滑という言葉ですが、あまり聞きなれない言葉です。意味は、「平らでなめらかなこと」になります。具体的なイメージとしては次のようなものかと思います。

平滑回路も上記のようなイメージに沿っています。では、どのような回路になるかを見ていきます。

家庭に届いている電気は交流であり、一方電池は直流です。電池で動作している機器を、コンセントの電気で動作させるためには「交流」から変換して「直流」を作り出す必要があり、この回路のことを「交流-直流変換回路」と呼んでいます。

交流から直流への変換には段階を踏む必要があります。1段目の整流回路では「とりあえず直流」を作成し、２段目の平滑回路では「なめらかな直流」を作成します。

図３は交流-直流の変換回路図になります。回路各部の波形を見ていきます。

図４は整流回路の入出力波形になります。ダイオードは矢印の方向にだけ電気を通します。このことは入力された正弦波のマイナス部分をカットすることになります。また、ダイオードにより少し電圧が低下するので、出力波形は図のようになります。このように正弦波の半分だけを用いるものを半波整流と呼んでいます。但し、ここでの出力はプラス側の電気となるため、「とりあえず直流」になります。

「とりあえず直流」を得られましたが、でこぼこな出力となっており、電池のように一定値の電気を必要な機器には、このままでは使えません。そこで平滑回路の出番となります。

図７は平滑回路の入出力波形になります。コンデンサC2の充電と放電の作用により、ほぼ一定値に近い状態を作ることが出来ました。ちなみにコンデンサの容量を大きくすると、より一定値に近づけることが出来ます。

コンデンサは電気を蓄える素子ですが、抵抗と組み合わせることで特徴のある挙動を示すようになります。このような回路を「CR回路」と呼んでいますが、どのようなものなのかを学んでいきたいと思います。

CR回路の回路図を図1に示します。

CR回路とは、図１のようにR(抵抗)とCを直列に接続し、Rに入力し、Cの両端を出力とする回路になります。これに矩形波(パルス波とも呼びます）を入力した場合にどのような出力を得られるかを見ていきます。実機動作の確認には弊社製品のE-Stationを用います。これには信号発生器、電圧計、電流計、オシロスコープ、ブレッドボードが搭載されており、これ一台で確認することが出来ます。(詳細はこちら→https://m-gic.com/e-station/) 今回はCは変えず、Rを3通りに変化した作成回路と表示波形を以下に示します。

図２(b)、図３(b)、図４(b)とRを変更すると波形の様子が変わることがわかります。Rの値が0.5k、１k、２kの順に変化の早さが早くなることがわかります。この変化の早さの度合いはCとRの値により決定します。CとRの積(CR)を時定数と呼び、回路の変化の早さを表現するために用います。時定数は入力電圧の0.632倍になる時間を表しています。

上記でCR回路では、時定数で表される変化の早さを変更することが出来ることがわかりました。「変化の早い/遅い」は言い換えると、「遅延が少ない/多い」と表現することもできます。このことから、CR回路を用いると、容易に任意の遅延量のパルス波を生成することが可能になります。この手法はデジタル回路の世界ではよく用いられる手法です。具体的なパルス遅延回路を図５に示します。

これまでの出力にデジタル回路のインバータを接続します。インバータとは反転動作をする素子になり、ここでは標準ロジックICの74HC04を使用します。H(5V)が入力された場合にはL(0V)が、L(0V)が入力された場合にはH(5V)が各々出力されます。図６にインバータ(74HC04)の端子図を、図７に入出力波形を各々示します。

前出の設定例と同条件にて動作させた作成回路と表示波形を以下に示します。

このようにCR回路を用いれば、入力された矩形波に対して、位相を遅らせた矩形波を容易に生成することが可能になります。しかし、変化点での波形が歪んでしまっています。標準ロジックICでは変化の早い信号が入力されることを前提としているため、今回のように変化が早くない信号を入力した場合には波形が歪む現象が発生してしまいます。この波形の歪みを発生しないために、標準ロジックICの変更を行います。

74HC14はシュミットトリガインバータと呼ばれる標準ロジックICになります。図１１にシュミットトリガインバータ(74HC14)の端子図を示します。

端子配置としては、図６に示したインバータ(74HC04)と同じになりますが、ヒステリシス機能を持っていることが異なっています。ここで述べるヒステリシス機能とは、H入力とＬ入力を認識するための電圧値が各々異なるという機能になります。この内容を図１２に示します。

次に動作を説明します。

　①入力電圧が0Vから上昇していき、H認識電圧になると出力はHに遷移します。

　②入力電圧が5Vに達すると、次は下降していきますが、L認識電圧までは出力はHを維持します。

　③入力電圧がL認識電圧になると、出力電圧はLに遷移し、0VになるまでLを維持します。

変化が早くない信号の場合は★で示したように中間の2.5V付近を極小時間で行き来します。この時、ヒステリシス機能がある場合にはLあるいはHから変化しませんが、機能がない場合には出力はLとHが切り替わります。このLとHの切り替わりが波形の歪みとなっています。

前出の設定例と同条件にて動作させた作成回路と表示波形を以下に示します。

以上、CR回路の動作とディジタル回路への応用に関して述べてきました。これまでのことをまとめると以下のようになります。

①RとCを直列に接続した回路をCR回路と呼び、Cの電圧を出力とします。矩形波を入力に加えた場合、出力電圧は時間と共に変化しますが、CとRの積であるCRで変化の早さが変化します。なお、CRのことは時定数と呼びます。

②CR回路は、ディジタル回路では最も容易な任意の遅延回路として用いることができます。時定数を変更することにより、遅延時間も変更させることが出来ます。

③CR回路の出力は変化が早くないため、そのままディジタル回路に入力すると波形の歪みを引き起こします。これはヒステリシス機能を持つシュミットトリガインバータを使用することにより、改善することができます。

CR回路の説明は以上になります。

平素は格別のお引き立てを賜り厚くお礼申し上げます。
弊社では、年末年始休業につきまして下記の通りとさせて頂きます。

　年末年始休業期間：2024年12月28日（土）～2025年1月5日（日）

業務開始は、2025年1月6日（月）9:00より、通常業務とさせて頂きます。

休業期間中にご連絡頂きましたお問い合わせなどは、2025年1月6日より
順次ご対応させて頂きます。

お客様には大変ご迷惑をおかけいたしますが、何卒ご理解を賜りますよう
お願い申し上げます。

平素は格別のご高配を賜り、厚く御礼申し上げます。

来る11/20(水)～22(金)にパシフィコ横浜で開催されます EdgeTech＋ 2024 「IDEC横浜パビリオン」に出展いたします。

会場では、電気・電子回路の基礎が学べる教材キット「E-Station」をご紹介させて頂きます。

是非この機会にご来場いただき弊社ブースへお立ち寄りくださいますようお願いいたします。
また、お知り合いの方々をお誘い合せの上、皆様でご来場ください。

心よりお待ち申し上げております。

━【 来場無料｜事前登録制 ━━━━━━━━━━━━━━━
下記URLより登録をお願いいたします。
来場登録受付中　⇒　https://go.f2ff.jp/et24sponsorpromoa
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
▼最新情報は公式サイトから
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
公式サイト 　　　　≫ https://go.f2ff.jp/et24sponsorpromoa
参加企業・団体一覧 ≫ https://f2ff.jp/etexpo/2024/exhibitors/
セミナー一覧 　　　≫ https://f2ff.jp/etexpo/2024/session

平素は格別のご高配を賜り、厚く御礼申し上げます。

この度、令和6年11月20日（水）～22日（金）にパシフィコ横浜で開催される
EdgeTech+ 2024 の「IDEC横浜パビリオン」に出展が決まりました（小間番号：AF-11）。
弊社オリジナル商品の電気・電子が学べる教育キット「E-Station」を展示させて頂きます。

詳細につきましては、追ってお知らせいたします。
是非とも、お立寄り下さいませ。

この度、令和6年4月25日（木曜日）14:30～16:30　大阪わかものハローワーク主催の就職面接会に参加させて頂きます。
弊社求人票をご覧頂き、多数のご参加をお待ち致しております。

【求人情報】
　求人番号：27020-24335841
　職種名　：評価業務（育成枠）
　就業場所：事業所所在地と同じ
　　　　　　※京都・兵庫にも
　　　　　　　お客様先での業務有
　雇用形態：正社員

詳細につきましては、大阪わかものハローワークのホームページ
「就職面接会」
をご参照願います。

※なお、大阪わかものハローワークのホームページに会社情報が記載されるのは4月中旬になります。
　参加ご希望の方は、直接窓口にお問い合わせください。

【求む】自社商品の開発・管理技術者（シルバー歓迎）

この度、11月のハローワーク梅田主催の企業面接（説明）会に参加が決まりました！
詳しくは、下記をご覧ください。多数のご参加をお待ちいたしております。

開催日時：令和 5年11月27日（月曜日）14:00～16:00
開催場所：大阪駅前第2ビル16F
　　　　　ハローワーク梅田　北フロア面接会用個別ブース

【求人情報】
　求人番号：27020-75317731
　職種名　：自社商品の開発・管理技術者（シルバー歓迎）
　就業場所：事業所所在地と同じ
　雇用形態：正社員

　詳細につきましては、ハローワーク梅田のホームページ
　「面接会」
　をご参照願います。

※ハローワーク梅田のホームページに会社情報が記載されるのは11月中旬になります。

　参加ご希望の方は、直接窓口にお問い合わせください。