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整流器
*AC* および *DC* は、電荷の流れを調べるときによく出てくる2つの用語です。 * Alternating Current（AC）*には、状態を連続的に変更するプロパティがあります。 たとえば、正弦波を考えた場合、電流は正の半サイクルでは一方向に流れ、負の半サイクルでは反対方向に流れます。 一方、*直流（DC）*は一方向にのみ流れます。AC信号が適用されると、DC信号または脈動DC信号のいずれかを生成する電子回路は、「整流器」と呼ばれます。 この章では、オペアンプベースの整流器について詳しく説明します。
整流器の種類
整流器は、*半波整流器*と*全波整流器*の2種類に分類されます。 このセクションでは、これら2つのタイプについて詳しく説明します。
半波整流器
- 半波整流器*は、入力の半分のサイクルの出力で正の半サイクルを生成し、入力の残りの半分のサイクルで出力をゼロにする整流器です。
半波整流器の*回路図*を次の図に示します。
上記の半波整流器の回路図は、2つのダイオードD〜1〜およびD〜2〜を追加した反転増幅器のように見えることに注意してください。
上記の半波整流回路の*動作*を以下に説明します
- 正弦波入力の*正の半サイクル*では、オペアンプの出力は負になります。 したがって、ダイオードD〜1〜は順方向にバイアスされます。
- ダイオードD〜1〜が順方向バイアスの場合、オペアンプの出力電圧は-0.7 Vになります。 したがって、ダイオードD〜2〜は逆バイアスされます。 したがって、上記の回路の*出力電圧*は*ゼロ*ボルトです。
- したがって、正弦波入力の正の半サイクルには、半波整流器の*出力（ゼロ）*がありません。
- 正弦波入力の*負の半サイクル*では、オペアンプの出力は正になります。 したがって、ダイオードD〜1〜とD〜2〜は、それぞれ逆バイアスと順バイアスになります。 したがって、上記の回路の出力電圧は-
V_0 =-\ left（\ frac \ {R_f} \ {R_1} \ right）V_1
- したがって、半波整流器の出力は、正弦波入力の負の半サイクルに対して*正の半サイクル*になります。
波形
半波整流器の*入力*および*出力波形*を次の図に示します
上のグラフからわかるように、説明した半波整流回路図は、正弦波入力の負の半サイクルに対して*正の半サイクル*を生成し、正弦波入力の正の半サイクルに対してゼロ出力を生成します
全波整流器
- 全波整流器*は、入力の両方の半サイクルに対して出力で正の半サイクルを生成します。
全波整流器の*回路図*は、次の図に示されています-
上記の回路図は、2つのオペアンプ、2つのダイオード、D〜1〜＆D〜2〜、および5つの抵抗、R〜1〜〜R〜5〜で構成されています。 上記の全波整流回路の「動作」について以下に説明します-
- 正弦波入力の*正の半サイクル*では、最初のオペアンプの出力は負になります。 したがって、ダイオードD〜1〜およびD〜2〜は、それぞれ順方向および逆方向にバイアスされます。
- 次に、最初のオペアンプの出力電圧は-
V _ \ {01} =-\ left（\ frac \ {R_2} \ {R_1} \ right）V_i
- 最初のオペアンプの出力が、2番目のオペアンプの反転端子に接続されている抵抗R〜4〜に接続されていることに注意してください。 2番目のオペアンプの非反転端子に存在する電圧は0 Vです。 したがって、抵抗を備えた2番目のオペアンプR〜4〜およびR〜4〜は*反転アンプ*として機能します。 2番目のオペアンプの出力電圧は + V_0 =-\ left（\ frac \ {R_5} \ {R_4} \ right）V _ \ {01} + 上記の式で$ V _ \ {01} $の値を代入すると、 − + => V _ \ {0} =-\ left（\ frac \ {R_5} \ {R_4} \ right）\ left \\ {-\ left（\ frac \ {R_2} \ {R_1} \ right ）V _ \ {i} \ right \} + => V _ \ {0} = \ left（\ frac \ {R_2R_5} \ {R_1R_4} \ right）V _ \ {i}
- したがって、全波整流器の出力は、正弦波入力の「正の半サイクル」に対して正の半サイクルになります。 この場合、出力のゲインは$ \ frac \ {R_2R_5} \ {R_1R_4} $です。 $ R _ \ {1} = R _ \ {2} = R _ \ {4} = R _ \ {5} = R $と考えると、出力のゲインは1になります。
- 正弦波入力の*負の半サイクル*では、最初のオペアンプの出力は正になります。 したがって、ダイオードD〜1〜とD〜2〜はそれぞれ逆バイアスと順バイアスになります。
- 最初のオペアンプの出力電圧は-
V _ \ {01} =-\ left（\ frac \ {R_3} \ {R_1} \ right）V _ \ {i}
- 最初のオペアンプの出力は、2番目のオペアンプの非反転端子に直接接続されています。 これで、抵抗を持つ2番目のオペアンプR〜4〜とR〜5〜は*非反転アンプ*として機能します。 + 2番目のオペアンプの出力電圧は− + V _ \ {0} = \ left（1+ \ frac \ {R_5} \ {R_4} \ right）V _ \ {01} + * *上記の方程式の$ V _ \ {01} $の値は、次のようになります+ => V _ \ {0} = \ left（1+ \ frac \ {R_5} \ {R_4} \ right）\ left \ \ {-\ left（\ frac \ {R_3} \ {R_1} \ right）V _ \ {i} \ right \} + => V _ \ {0} =-\ left（\ frac \ {R_3 } \ {R_1} \ right）\ left（1+ \ frac \ {R_5} \ {R_4} \ right）V _ \ {i}
- したがって、正弦波入力の負の半サイクルに対しても、全波整流器の出力は「正の半サイクル」になります。 この場合、出力のゲインの大きさは$ \ left（\ frac \ {R_3} \ {R_1} \ right）\ left（1+ \ frac \ {R_5} \ {R_4} \ right）$です。 $ R _ \ {1} = 2R _ \ {3} = R _ \ {4} = R _ \ {5} = R $とすると、出力のゲインは 1 になります。
全波整流器の*入力*および*出力波形*を次の図に示します
上の図でわかるように、検討した全波整流回路図では、正弦波入力の正と負の両方の半サイクルに対して*正の半サイクル*しか生成されません。
