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整流回路のリプル率・電圧変動率・整流効率 りっぷるりつ

一陸技

直流電源の出来栄えを表す 3 つの指標。リプル率は直流分に対する交流分の割合、電圧変動率は無負荷から定格負荷までの電圧の下がり方、整流効率は入力交流電力のうち負荷へ直流として届く割合。

試験ではここ

3 つの式の「正しい組合せ」を選ぶ形で出る。γ=(ir/IDC)×100、δ={(Vo−Vn)/Vn}×100、η=(P2/P1)×100。分母を Vo にした肢、η の分子分母を逆にした肢、γ の分母を ir+IDC にした肢が誤り。半波整流の理論値(γ 121〔%〕、η 最大 40.6〔%〕)と全波(48〔%〕、81.2〔%〕)も覚えておく。

交流を整流して平滑しても、出力には少し波(交流分)が残ります。この残りの大きさがリプル率です。また、負荷に電流を流すと内部の抵抗で電圧が下がります。この下がり方が電圧変動率です。さらに、入れた交流電力のうちどれだけが直流として負荷に届いたかが整流効率です。どれも「小さいほど良い」「大きいほど良い」の向きを間違えないことが大切です。

出力に残るリプル
平滑後の出力波形。直流分 IDC(または VDC)の上に小さな交流分 ir が乗る。その実効値の比がリプル率
リプル率
\gamma = \dfrac{i_r}{I_{DC}} \times 100\ \text{〔%〕}

ir は負荷電流の交流分の実効値、IDC は直流分。電圧で書けば Vr/VDC。分母は直流分だけ(ir+IDC ではない)。小さいほど滑らかな直流

電圧変動率
\delta = \dfrac{V_o - V_n}{V_n} \times 100\ \text{〔%〕}

Vo は無負荷電圧、Vn は定格電流を流したときの定格電圧。基準(分母)は定格電圧 Vn。内部抵抗が小さいほど δ は小さい

整流効率
\eta = \dfrac{P_2}{P_1} \times 100\ \text{〔%〕}

P1 は整流回路に供給される交流電力、P2 は負荷に供給される直流電力。効率は必ず「出力 ÷ 入力」で 100〔%〕を超えない

電圧変動率
負荷電流と出力電圧の関係。無負荷の Vo から定格電流で Vn まで下がる。この差を Vn で割ったものが電圧変動率

理論値(抵抗負荷・平滑なし)

  1. 半波整流 リプル率 121〔%〕、整流効率の最大 40.6〔%〕。直流分は最大値の 1/π
  2. 全波整流(ブリッジ・センタタップ) リプル率 48〔%〕、整流効率の最大 81.2〔%〕。直流分は最大値の 2/π
  3. コンデンサ入力形の平滑 リプル電圧はおよそ IDC/(2fC)(全波)。C を大きく、負荷電流を小さくするとリプルが減る

典型問題の解き方(3 つの式の組合せを選ぶ)

手順

  1. γ の分母を見る 「直流分に対する交流分の割合」なので ir/IDC。ir/(ir+IDC) は誤り
  2. δ の分母を見る 「定格に対する変動」なので (Vo−Vn)/Vn。Vo で割る肢は誤り
  3. η の向きを見る 出力 P2 を入力 P1 で割る。P1/P2 は 100〔%〕を超えるので誤り
  4. 数値で検算する例 IDC=2〔A〕、ir=0.1〔A〕なら γ=5〔%〕。Vo=12.6〔V〕、Vn=12.0〔V〕なら δ=5〔%〕。P1=30〔W〕、P2=24〔W〕なら η=80〔%〕(数値計算は令和8年の 2 期には出ていない)
ひっかけ

電圧変動率の分母は「定格電圧 Vn」です。無負荷電圧 Vo で割った式が必ず混ざっています。リプル率は「交流分 ÷ 直流分」で、交流分の値は実効値です(最大値や p-p 値ではありません)。整流効率は交流入力から見た効率なので、平滑回路や定電圧回路の損失は別に考えます。

上部の看板「γ は直流分で割る、δ は定格電圧で割る、η は出力÷入力
3 つとも分母は「基準になる量」。γ は直流分、δ は定格電圧、η は入力電力

この用語を押さえる問題

一陸技 ・ 日本無線協会 令和8年1月期 無線工学A 問9

整流回路のリプル率 γ、電圧変動率 δ 及び整流効率 η を表す式の組合せとして、正しいものを下の番号から選べ。ただし、負荷電流に含まれる直流成分を IDC〔A〕、交流成分の実効値を ir〔A〕、無負荷電圧を Vo〔V〕、負荷に定格電流を流したときの定格電圧を Vn〔V〕と...

正答: γ=(ir/IDC)×100〔%〕 δ={(Vo−Vn)/Vn}×100〔%〕 η=(P2/P1)×100〔%〕

正答。リプル率は直流分に対する交流分(実効値)の割合 ir/IDC。電圧変動率は無負荷から定格負荷までの電圧降下 Vo−Vn を定格電圧 Vn で割ったもの。整流効率は入力交流電力 P1 に対する負荷への出力電力 P2 の比 P2/P1 で、いずれも百分率で表す。

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問われた問題 1

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