直流安定化電源の保護回路について

質問

直流安定化電源を用いてトランジスタ回路の実験を行っているのですが，回路的に交流成分が直流安定化電源の出力側を通っているみたいなんですけど，直流安定化電源には交流成分を通すための保護回路か何かあるんでしょうか？？また，その保護回路はどのようなしくみ，素子が使われているのでしょうか？？例えば交流信号の等価回路なんかつくるときに直流電源は短絡しますよね？？あの原理がわからないんです・・・お願いします！！

回答No.3

Teleskope

>>　電源は交流も通すのか？ <<

１．
　電源のインピーダンスがゼロであることは関係ありません。ゼロであっても無くても、交流電流は素通りですよ！ もちろん直流電流も素通りです。 これ最も重要ですよ。 キルヒホフの電流則。電荷保存則です。
（以下の事は分らなくてもいいから、これだけは是非自分のものにしてください。　初学段階でこれを誤解して覚えてしまうと土台石のようになって後年の軌道修正は不可能のようです。）

２．
　現実の電源回路はこうなってます。
↓シリーズ（直列）・レギュレータ方式の場合
http://www.steve-w.dircon.co.uk/fleadh/mphil/figures/histfig2.gif
↓スイッチング・レギュレータ方式の場合
http://www.steve-w.dircon.co.uk/fleadh/mphil/figures/histfig4.gif
http://www.elektroindonesia.com/elektro/elek24g4.gif

　両者とも こんな構図です。

　　商用電源 　　┏━━┓
　　から供給──┨　　　┃　　　　　　出力電圧
　　　　　　　　　　 ┃　　　┠──┬-------┐
　　　　　　┌──┨　　　┃　　　｜　　 　 　 ｜
　　　　　　｜　　　┗━━┛　　　｜　　　　負荷抵抗
　　　　　　｜　　　　　　　　　 　 　｜　　　　　｜
　　　　　　｜ 　 　　　 ／-├──┘　　　　　┷
　　　　　　└───<　Ａ ｜
　　 　 　誤差を小さく ＼+├─Vref
　　　　　押さえるアンプ　　　　出力の参照値
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （目標値）

上図の四角の中は、整流ダイオードやらトランスやらエミッタフォロアトランジスタやら、いわゆる大電力をまかなってる部分です。　それと誤差アンプを「一体なもの」と見なすと、下図のような「オペアンプの電圧フォロア回路」と同じ構図になります。電流供給能力が強烈なオペアンプですね。
　教科書的な綺麗なオペアンプと違う点は、トランスやダイオードから出力されてる点ですね、これらは素直でないインピーダンスですよね、周波数特性があったり非線形だったり。

　　　商用電源
　　　から──┐
　　　　　　　　 ｜　　　回路内部の
　　　　　　　　 │　　　インピーダンス
　　　　Ｖｒ ─┤+＼　　 ↓
　　　　　　　　|　Ａ　>─Zi──┬───┐←Vo 出力
　　　　　　┌┤-／　　　　　　 ｜　　　　 ｜　　　 電圧
　　　　　　｜理想アンプ　　　 ｜　　　　 ZL負荷
　　　　　　└───────┘　　　　 │
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ┷
上図で、
アンプの入出力関係は
　　入力の差の増幅度倍 = アンプ出力
　　(Vr－Vo)A = Va
アンプ出力と負荷電圧の関係は単純に抵抗分割ゆえ
　　Vo/Va = ZL/(ZL+Zi)
Va代入して整理
　　Vo = Vr・{A/(1+A)}ZL/{ZL+Zi/(1+A)}

普通、A>>1 に作るゆえ {分子}≒1
　　Vo≒Vr・ZL/{ZL+Zi/A}
を得ます。
この式はこんな回路と同じですね。

　　　Ｖr ─────Ｚi/Ａ──────┐← Vo
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＺL
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　┷

　つまり、式は「内部のもろもろのインピーダンス Zi が約 1/A に小さく見えます。」と語ってます。　整流ダイオードやトランスやシリーズレギュレータのトランジスタやら、すべてのインピーダンスが、複素数だろうが非線形だろうが皆ほぼゼロに。

　以上が 電源回路のしくみです。

　さらに、
しかし増幅度 A はしょせんアンプだから周波数特性が有限です、負荷側がそれを上回る高速な変化をされると負けて、A>>1でパッサリ近似する前の 裸の特性が露呈してしまいます。
そこで、
その「負ける高周波数域はコンデンサでグランドに落とし込んでもらいます。それはお客様の方でお願いします。なぜなら、周波数が高いと ヒョロヒョロした電源配線を伝わって中まで来てくれませんので、当方では対処のしようがありません。ぜひお客様の発生源の直ぐそばで グランドに落としてしまって下さい、よろしく。」
という暗黙の約束があるのですね、電源を使う際には。
　実際あなたも、実験した回路には「なんか知らんけど電源とグランドの間にコンデンサを付けた」と思いますが?どうでしょう。
（これが設問への現実の回路に於ける解の一つではあります。高周波成分は、実は電源まで行ってなかったのだ！実験ボードの上で循環してたのだ！という。）

　もう一つの質問の；交流等価回路で何故グランドと同等に扱うのかは、現実論で言えば上記の「インピーダンスがほぼゼロ」だからです。「だが交流分が消えても直流分があるじゃないか？」と、ひっかかるのでしたら；
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1827983
（学友ではないでしょうねｗ）

回答No.2

foobar

直流電源の出力についているコンデンサで交流成分がバイパスされているのでは?
（低い周波数の交流電流成分（電流の変化）に対しては、直流電源の制御系(定電圧制御）が効いて電圧変動が0(交流成分に対するインピーダンスが0）になったりもします）

理想的な直流定電圧電源は、
・出力電流の変化（Δi)に対して電圧変化Δvが0
　（交流に対するインピーダンスΔv/Δi=0:交流的には短絡）
という特性をもちます。

で、理想に近づけるために、出力にコンデンサを入れて電圧変化を抑えたり、電圧制御をかけたりしてます。

回答No.1

noname#21649

＞直流安定化電源
種類は?。程度と条件によっては.ふかがわから交流分が検出されます。種類によってなぜ出るかの理由が変化しますので答えようがありません。
入力側の周波数と相もお知らせください。

保護回路も電鍵の種類によっていろいろな目的でいろいろ中色があります。まずは電源の種類をお知らせください。
短絡保護回路も同じ理由で複数あります。