２年電子機械科後期実習テキスト（２）整流（全波整流）福井県立若狭東高等学校整流用ダイオードのブリッジ接続により、交流交流を直流交流直流に変換する。直流電子機械科直流６Ｖ定電圧安定化電源回路１目的最も基本的な直流定電圧安定化電源回路であり、各部の電圧、波形等を測定することにより、各部の働きを学ぶ。２図４全波整流回路図基礎知識本実習で製作する直流６Ｖ定電圧安定化電源回路の回路図を下図に示す。 AC 100V T （３）平滑比較的きれいな比較的きれいな直流きれいな直流に変換する。直流 D2 ﾄﾗﾝｽ全波整流回路図の出力波形整流回路を通った電流を、大容量コンデンサの充放電特性を利用して、 D1 D4 図５ R1 D3 Q （一般のＡＣアダプターはここまでの回路構成で市販されている） C ただし、この状態では、負荷負荷の負荷の変化により、出力電圧が大きく変動する。変化 B C1 E ZD C2 C3 R2 LED D C 6 V 300mA 図１直流６Ｖ定電圧安定化電源回路図６平滑回路図図７平滑回路の出力波形（４）ツェナーダイオード（定電圧ダイオード）続いて、回路図の各部の説明を行う。順方向には通常のダイオードと同じ特性を示すが、逆方向順方向逆方向にはある電圧逆方向（１）変圧（減圧）トランス（変圧器）によって、ＡＣ１００ＶをＡＣＡＣ８ＡＣ８Ｖ程度に減圧する。以上を加えると、急に電流が流れる。つまり、電流が変化しても一定の電圧値が得られることになる。この電圧をツェナーツェナー電圧基準電圧として利用する。ツェナー電圧といい、基準電圧電圧基準電圧図２トランスの回路図図３２次コイル側の波形図８ツェナーダイオードの図記号図９ツェナーダイオードの特性（４－１）ツェナーダイオードの使い方（６）定電圧安定化回路大電流を流すと発熱によりダイオードが破壊するので、電流を制限ツェナーダイオードとパワートランジスタを組み合わせて、一定の電圧するために抵抗と直列にして使用する。を取り出す回路を構成している。さらに、微細な電圧変動を吸収するため、コンデンサを並列に接続す ① 抵抗を通してツェナーダイオードツェナーダイオードに電流が流れ、基準電圧基準電圧６ツェナーダイオード基準電圧６V が発生る。する。（注意）抵抗が直列であるため、定電圧の大電流を取り出すことは ② 抵抗を通してトランジスタにベースベース電流ベース電流が流れる。電流できない。 ③ ベース電流コレクタ電流ベース電流に比例したコレクタ電流コレクタ電流（出力電流）が流れる。電流出力電圧はツェナーツェナー電圧６．８Ｖ－００．７Ｖ＝６６．１Ｖで一定とツェナー電圧－Ｖ電圧ＶＢＥ＝６なる。 R1 6.8V 一定定電圧出力 6.8V ZD 0 C2 ③ 入力端子ａ－ｂ間の電圧は６６．８Ｖ ② ① R1 a Q C トランジスタのＢ－Ｅ間の電圧 B C2 ZD 図 10 ツェナーダイオード周辺の回路図図 11 ツェナーダイオードの出力波形 0.7V ツェナーダイオードの出力を増幅（または制御）し、大きなコレクタ電端子ｘ－ｙ間の電圧は６６．１Ｖ y b （５）トランジスタ（パワートランジスタ）は００．７Ｖ x E 図１４定電圧安定化回路図流を取り出す働きをする。また、発生する熱を逃がすため、放熱板を取り付ける構造になっている。＜注意点＞定電圧化前の入力電圧と、定電圧出力後の出力電力の差はパワートランパワートランジスタで熱となって消費される。放置しておくと温度が上昇し、破壊するジスタため、放熱板放熱板が必要となる。放熱板（放熱する熱量の計算例）このとき発生する熱量は入力側 14V C 図１２トランジスタの図記号図１３放熱板を取り付けたトランジスタ入力側＝１４Ｖ×０．３Ａ＝４．２Ｗ熱 B E 6V 出力側 300mA 出力側＝６Ｖ×０．３Ａ＝１．８Ｗ熱量Ｑ＝４．２Ｗ－１．８Ｗ図１５＝２．４Ｗ３実習内容製作手順（３－１）直流６Ｖ定電圧安定化電源装置を製作する。（１）下図の回路図をもとに、基板の配線図を書く。製作にあたり、必要部品リスト表を以下に示す。表１直流６Ｖ定電圧安定化電源装置の必要部品リスト表部品名称部品記号電源トランスＴ整流ダイオードＤ１～Ｄ４トランジスタＱ規格・品種１次：１００Ｖ２次：７～８Ｖ程度２００～３００ｍＡ程度１００Ｖ１Ａ程度（１０Ｄ１等） ※教育用のため、ダイオードブリッジは不可ＮＰＮトランジスタＶＣＢ３０Ｖ以上、ＩＣ１Ａ以上ＰＣ１Ｗ以上、Ｔ０－２２０パッケージ等の相当品（Ｄ１４０６、Ｃ１１７３、Ｄ５２５、Ｃ２３３１等）ＺＤ発光ダイオードＬＥＤ整流用コンデンサＣ１電解コンデンサ２５Ｖ４７０μＦコンデンサＣ２Ｃ３電解コンデンサ１６Ｖ１０μＦ ※Ｃ２：ツェナー電圧安定化用 ※Ｃ３：交流インピーダンス低下用Ｒ１Ｒ２炭素皮膜１／４Ｗ３３０Ω ※Ｒ１：ベース電流供給、ＺＤドライブ用 ※Ｒ２：ＬＥＤ電流制御用１枚ドット２．５４ｍｍピッチ５０ｍｍ×７０ｍｍ程度紙フェノール１．６ｔ（サンハヤトＩＣＢ２８８等）穴あき基板（２）アルミ台の穴あけ１．基板をアルミ台の上に置き、４つの角の穴の位置に印を付ける。２．また、アルミ台の上にトランスを置き、２つの穴の位置に印を付ける。３．１と２で印した穴６つを、ボール盤（φ３）で穴あけをする。ツェナーダイオード抵抗図１６直流６Ｖ定電圧安定化電源回路６．８Ｖ０．５Ｗ赤色汎用品：通電表示に使用する（３）配線図の通りに部品をはんだ付けする。各部品の余分な足は切断しないこと。１．整流ダイオード（Ｄ１～Ｄ４）をはんだ付けする。向きに注意する。２．整流用コンデンサ（Ｃ１）をはんだ付けする。向きに注意する。３．抵抗（Ｒ１）をはんだ付けする。４．ツェナーダイオード（ＺＤ）をはんだ付けする。向きに注意する。ＤＣプラグ１個出力を機器に供給する５．コンデンサ（Ｃ２）をはんだ付けする。向きに注意する。６．コンデンサ（Ｃ３）をはんだ付けする。向きに注意する。７．抵抗（Ｒ２）をはんだ付けする。基板スペーサ４個高さ１０ｍｍ程度アルミケースと基板の接触を防ぐ８．発光ダイオード（ＬＥＤ）をはんだ付けする。向きに注意する。９．トランジスタ（Ｑ）をはんだ付けする。向きに注意する。ダイオードコンデンサＣ１抵抗Ｒ１トランジスタコンデンサＣ３１３．トランス（８Ｖ）と基板を、ＶＦＦケーブルを介してはんだ付けする。Ｄ１～Ｄ４抵抗Ｒ２１４．アルミ台にＤＣプラグケーブルを通し、基板にはんだ付けして、ビスで基板をアルミ台に固定する。ツェナーダイオードＺＤコンデンサＣ２発光ダイオード１０．各部品の余分な足を折り曲げ、回路図通りに配線しはんだ付けする。長さが足りない場合は、メッキ線で補う。１５．コンセントケーブルをトランスにはんだ付けし、トランスを基板にボルト・ナット・ワッシャで固定する。基板の裏１１．ＶＦＦケーブルとコンセントプラグをねじ止めする。１６．トランジスタにアルミの放熱板をボルト・ナットでねじ止めする。１７．コンセントプラグをコンセントに差し込んで通電試験を行う。１２．ＤＣプラグと赤黒ケーブルをはんだ付けする。発光ダイオードが点灯すれば完成。ＤＣプラグの端子は、長い方が赤、短い方が黒になるようにする。また、赤と黒のケーブルがショートしないよう、黒のケーブルの芯を＜発光ダイオードが点灯しな場合＞熱収縮チューブで覆う。 ①ＤＣプラグ内で、赤黒ケーブルがショート ②基板のはんだ付け作業で、回路のミス ③はんだ付けの接触不良（３－２）各部電圧波形を観測する。観測内容（３－３）出力特性（出力電流－出力電圧）を測定する。測定内容（ａ）オシロスコープにより、下記各部の電圧波形を観測し、電圧を算出する。（ａ）製作した電源装置の負荷として可変抵抗器を接続し、出力電流に対する出力電圧の変化を測定する。トランス出力波形、整流波形、出力波形（ｂ）出力電流は４００ｍＡまで、５０ｍＡ刻みで測定を行い、グラフ化する。グラフは縦軸に電圧［Ｖ］、横軸に電流［ｍＡ］をとる。上記２つの波形はグラフ用紙にスケッチすること。 ※ 注意事項また、各波形を観測したときのＶＯＬＴ／ＤＩＶの値を記録しておくこと。０ｍＡの時は、電圧計だけ接続して測定する。［準備物］製作した電源装置、電流計、電圧計、可変抵抗器、接続コード（ｂ）電源装置の負荷として、ポケコンを接続した状態で測定を実施する。［準備物］ A 製作した電源装置、オシロスコープ、ポケコン電 V 源図１７測定回路表２測定結果表電流［ｍＡ］電圧［Ｖ］ 0 50 100 150 200 250 300 350 400 実習報告書(課題レポート)について実習で一つの課題が終了したら、以下の要領で実習報告書(課題レポート)を作成し、その時の担当教員に提出すること。課題レポートの内容については、担当教員によって若干形式が異なることがあるので、各自が担当教員の説明をよく聞くこと。実習報告書(課題レポート)の書く内容 (１) 報告書はレポート用紙を用い、電子機械科の職員室にある表紙を必ず付ける。 (２) 報告書の内容は次の項目を順に記述する。ただし、その時の実習内容に当てはまらない項目については記述する必要はない。 (a) 目的：実習の目的を明確に記述する。 (b) 理論または測定原理：実験装置や実習方法の背景となっている理論や原理を説明する。 (c) 実験・実習装置：実験・実習装置および測定機器について記述する。 (d) 実習方法：実習や測定方法について詳細に記述する。 (e) 実習結果：実験・実習データの整理方法について記述し、その結果を表および図にまとめる。記述の説明、単位、有効数字について細心の注意を払い、また必要に応じて実験式を記述する。 (f) 実習結果の考察：測定から得られた数値や実験式など、理論値や理論式との比較、実習中に起こり得る誤差とその原因を記述する。 (g) 結果：得られた実習・実験結果の意味や解釈について記述し、結果を簡潔に述べる。 (h) 課題：実習内容に関連した事項について与えられた課題を記述する。 (i) 参考文献：報告書を作成する上で、引用した文献(例．教科書)を下記のように記述する。例 (１)Ｗ．Ｔ．トムソン、機械振動学入門、(平成 6)、325 ページ、実教出版 (３) 報告書(課題レポート)の提出について報告書は、指定された期限までに必ず提出すること。提出期限に遅れた者は報告書を受理されない。期限以内に提出できない時は、その理由を担当教員に事前に申し出て許可を得ること。また、報告書の内容の誤り、不十分、形式の不備などで指導を受けたときは速やかに訂正をし再提出をすること。