ダイオードによる半波整流

(1) 図1の回路でのグラフ

ダイオードは順方向（矢印の向き）にのみ電流を流します。交流電圧の正の半周期だけ電流が流れ、負の半周期は電流ゼロになります：

抵抗Rにかかる電圧は半波整流波形（正の部分のみ）です。

(2) スイッチSを閉じた場合

スイッチSを閉じると、逆方向の電流も別の経路で整流されます。結果として、抵抗にかかる電圧は常に同じ方向になり、全波整流波形（$|\sin\omega t|$ の形）になります。

(3) RとPの間の電位の時間変化

全波整流の場合、電圧は常に正で周期が半分（$T/2$）になります。

補足：整流回路の応用

整流回路はACアダプターなど、交流を直流に変換する機器の基本回路です。

• 半波整流：ダイオード1個。効率が低い
• 全波整流（ブリッジ整流）：ダイオード4個。効率が高い

さらにコンデンサーを並列に接続すると、脈動を平滑化して一定の直流に近づけることができます。

半波整流・全波整流の具体計算

ピーク電圧 $V_0 = 100$ V, 周波数 $f = 50$ Hz, 角振動数 $\omega = 2\pi f = 314$ rad/s の正弦波を入力します。半波整流の平均電圧は

$$\bar{V}_{\text{half}} = \frac{V_0}{\pi} = \frac{100}{\pi} \fallingdotseq 31.8 \text{ V}$$

全波整流（周期が半分になる）の平均電圧は

$$\bar{V}_{\text{full}} = \frac{2V_0}{\pi} = \frac{200}{\pi} \fallingdotseq 63.7 \text{ V}$$

抵抗 $R = 100$ Ω を接続したときの半波整流での平均電流は

$$\bar{I}_{\text{half}} = \frac{\bar{V}_{\text{half}}}{R} = \frac{31.8}{100} \fallingdotseq 0.32 \text{ A}$$

半波整流波形は $0 \le \omega t \le \pi$ では $V_0 \sin\omega t$、$\pi \le \omega t \le 2\pi$ では $0$ となります。