交流を直流へ変える整流という言葉を聞くと、電流のグラフがまっすぐな横線になると考えるかもしれません。しかし、一方向へ流れるようにすることと、大きさが時間によらず一定になることは別です。整流しただけの出力には、大きさの変動が残ることがあります。
ダイオードは、基本的に一方の向きには電流を流しやすく、逆向きには流しにくい性質を利用する素子です。ここでは順方向を通し、逆方向を全て止める理想的な模型で考えます。実物の電圧降下や漏れ電流などは省略した、図の読み取りのための条件です。
電流の正負は、基準にした向き
電流のグラフで0より上なら定めた向き、下なら反対向きを表すとします。上下は紙面の高低であって、導線が空間で上を向くかどうかではありません。基準の矢印を決めた後で、正負がどの向きに対応するかを読みます。
半波整流の単純な模型では、交流の片方の半周期を通し、反対側の半周期を止めます。したがって出力のグラフには、山と、0のままの区間が交互に現れます。負の側を正の側へ折り返す全波整流とは異なります。一つの山を消すのか、反対側の山も利用するのかを、波形から区別しましょう。
図は正側を通す半波整流の模型です。入力の負の部分に対応する出力は0になっています。出力が0になる区間を線で示してあるため、電流の大きさが一定ではないと読めます。グラフの山の高さだけを見て、ずっとその値が流れていると解釈しないことが大切です。
整流と平滑は、役割が違う
大きさの変動を小さくするために、コンデンサーなどを用いる平滑の操作があります。これは整流と別の役割です。コンデンサーに電気をため、入力の弱い間に出すことで変動を抑える説明ができますが、どんな負荷でも完全な一定値を保てるわけではありません。
回路図では、どこに測定器をつなぐかも重要です。ダイオードの前と後、平滑の前と後では波形が違います。電源の名前だけを見て全ての場所の電流を同じとせず、測定している枝や部品を図の中で指させるようにします。
家庭のコンセントに部品をつないで試す内容ではありません。本稿は理想波形を使う机上の例です。実物の半導体は限界を超える電圧や電流で壊れることがあり、逆向きならどんな電圧でも安全に止める装置ではありません。性質を説明する模型と、実際に組む回路の条件を混同しないようにします。
例題1：五周期で山はいくつ？
架空の入力波形は、一周期に正の山一つと負の谷一つがあります。正側だけを通す理想的な半波整流をしたとき、入力が五周期進む間に出力の正の山はいくつ現れますか。同じ入力を理想的な全波整流で負側も正へ折り返すと、山はいくつでしょうか。
答え・解説： 半波整流では五つ、全波整流では十です。前者は一周期に一つ、後者は一周期に二つの山をつくります。山の数が二倍だから、最大値も二倍になるとは言えません。今回の条件は波形の向きの処理であり、山の高さを二倍へ増幅する操作は含んでいません。
例題2：向きが同じでも、大きさは変わる
理想化した四つの等しい時間区間で、出力電流が順に2mA、0mA、2mA、0mAと一定値をとる架空の表を考えます。四区間を通した平均電流を求めてください。「正方向だけなので、いつも2mAで一定」という説明は正しいでしょうか。
答え・解説： 区間の長さが等しいので、平均は（2＋0＋2＋0）÷4＝1mAです。0の区間も含めて平均します。常に2mAという説明は誤りです。この四角い波形の平均を、そのまま正弦波の半波整流の平均へ使うことはできません。形の異なる波では、山の高さが同じでも時間全体の平均が変わる場合があります。
電気のグラフでは、方向、最大値、平均、周期を別々の欄に書き出すと整理できます。横軸に時間があるなら、0を通る区間も情報です。「直流」という言葉だけで横一直線の波形を想像せず、問題文が示す波の形を最後まで見てください。用語から図を決めつけず、図から条件を読み取る順序を守りましょう。
波形の山を数える前に、横軸が同じ長さの時間を表しているかを確かめます。全波整流の図だけを横に拡大すれば、見た目の山の間隔は広くなりますが、実際の周期が長くなったわけではありません。また、山が二倍の個数になっても、山の高さが二倍とは限りません。横方向の個数と縦方向の大きさを、別々の情報として読み取ります。
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