ダイオードの特性│整流作用と順方向電圧降下

こんにちは!電験三種の勉強を始めたばかりで、「ダイオードって何?」「どうやって交流を直流に変えるの?」と困っていませんか?

安心してください!この記事では、中学生でもイメージできる「日常のたとえ」を使って、ダイオードの仕組みを1から丁寧に解説します。

ダイオードは「電気の一方通行」を作る部品です。道路の一方通行と全く同じ仕組みなので、誰でも簡単に理解できますよ!

関連記事: 電験三種とは？どんな資格か初心者にもわかりやすく徹底解説、電験三種 勉強計画｜1年で合格する学習ロードマップも合わせてご覧ください。

🚗 ダイオードとは?|道路の一方通行と同じ仕組み

🚦 一方通行の道路をイメージしてください

ダイオードを理解する一番簡単な方法は、「道路の一方通行」を想像することです。

一方通行の道路では:

• ✅ 矢印の方向には車がスムーズに進める
• ❌ 逆方向には絶対に進めない(侵入禁止!)

ダイオードも全く同じです!

つまり、ダイオードは「電気の一方通行を作る部品」なんです。これだけ覚えればOKです!

🔌 ダイオードはどこで使われている?

ダイオードは、私たちの身の回りのあらゆる電子機器に使われています!

製品	ダイオードの役割
スマホの充電器	コンセントの交流(AC)を直流(DC)に変換
LED電球・照明	電気を流すと光る(これもダイオードの一種!)
パソコン内部	電圧を安定させる・逆流防止
太陽光発電	発電した電気を一方向に流す

このように、ダイオードは現代社会に欠かせない部品なんです!

📍 ダイオードの2つの端子

ダイオードには2つの足(端子)があります:

名前	記号	覚え方
アノード	A	電気の入口(+側につなぐ)
カソード	K	電気の出口(-側につなぐ)

まずはこのイメージをしっかり頭に入れましょう!

🏔️ 0.7Vの小さな坂|順方向電圧降下とは?

🚶 「小さな坂」を越える必要があります

ダイオードには、ちょっとだけ不思議な性質があります。それが「順方向電圧降下(Vf)」です。

これを理解するために、「道路に小さな坂(スピードバンプ)がある」とイメージしてください。

⚡ 0.7Vの壁を越えると電流が流れ始める

ダイオードに電圧をかけていくと:

かけた電圧	電流の状態	たとえ
0〜0.6V	❌ 電流はほぼ流れない	坂を登る力が足りない
0.7V(境目!)	⚠️ 電流が流れ始める	坂の頂上に到達!
0.7V以上	✅ 電流がたくさん流れる	坂を越えてスイスイ進む

🤔 なぜ0.7Vも下がるの?

これは、ダイオードの内部で「電子が壁を越えるためにエネルギーを使う」からです。

たとえるなら、遊園地の入場料のようなものです:

• 🎢 遊園地に入るには、入場料(0.7V)を払う必要がある
• 💰 入場料を払えば、中で自由に遊べる(電流が流れる)
• 🚫 入場料が足りないと、入れない(電流が流れない)

つまり、ダイオードを通ると必ず0.7Vの電圧が失われるということです。これが「電圧降下」の意味です。

関連記事: 電験三種の勉強時間はどのくらい？｜科目別の目安と効率的な学習法も合わせてご覧ください。

📊 グラフで見るダイオードの性質

📈 V-I特性曲線って何?

V-I特性曲線とは、「電圧(V)と電流(I)の関係を表したグラフ」です。

難しく聞こえますが、実は超シンプルです!

🟥🟧🟩 3つのゾーンに分かれます

ダイオードのV-I特性曲線は、3つのゾーンに分けて考えるとわかりやすいです:

ゾーン	電圧範囲	電流の状態	イメージ
🟥 赤ゾーン	0〜0.7V	❌ ほぼゼロ	坂の手前で立ち往生
🟧 オレンジゾーン	0.7V付近	⚠️ 流れ始める	坂を越える瞬間!
🟩 緑ゾーン	0.7V以上	✅ どんどん増える	坂を越えて快走!

🔄 逆方向はどうなる?

ダイオードを逆向きにつなぐと、どうなるでしょうか?

答えは簡単!ほとんど電流が流れません。

この性質があるおかげで、交流(AC)を直流(DC)に変換できるんです!

💎 3種類のダイオード|それぞれ違う役割があります

🔧 ダイオードには種類があります

実は、ダイオードにはいくつかの種類があります。それぞれ得意な仕事が違うんです!

ここでは、よく使われる3つのタイプを紹介します。

🚗 ①普通のダイオード|交流→直流変換が得意

これが一番基本的なダイオードです。「ダイオード」と言ったら、これを指すと思ってOKです!

🌊 ②ツェナーダイオード|電圧を一定に保つ

たとえるなら、ダムの水門と同じです:

• 🌊 水(電圧)がどんなに増えても、水門が一定の水位(電圧)を保つ
• 💧 余分な水(電圧)は流して捨てる
• 📏 常に一定の高さ(電圧)をキープ

精密な電子機器には、安定した電圧が必要です。そんな時にツェナーダイオードが活躍します!

💡 ③発光ダイオード(LED)|電気が流れると光る

LEDは、私たちの身の回りで大活躍しています:

• 💡 家の照明(LED電球)
• 🚦 信号機の赤・青・黄色
• 📺 テレビやスマホの画面
• 🎄 イルミネーション

📊 3種類の比較まとめ

種類	得意な仕事	身近な例
普通のダイオード	AC→DC変換(整流)	充電器、電源アダプター
ツェナーダイオード	電圧を一定に保つ	安定化電源、基準電圧
LED(発光ダイオード)	電気で光る	照明、信号機、ディスプレイ

どのダイオードも「一方通行」という基本は同じですが、それぞれ得意分野が違うんですね!

🔄 整流回路|交流を直流に変換する仕組み

🏠 家のコンセントは「交流(AC)」です

まず、基礎知識を確認しましょう。

種類	説明	どこで使う?
交流(AC)	電気の向きが常に入れ替わる(波のように上下)	家のコンセント(100V)
直流(DC)	電気の向きが常に一定(真っ直ぐ)	電池、スマホ、パソコン

問題は、家のコンセント(交流AC)とスマホ(直流DC)が合わないということです。

だから、充電器の中でAC→DCに変換する必要があるんです。この変換をする回路が「整流回路」です!

🥄 半波整流|「ふるい」で選別するイメージ

半波整流は、ダイオード1個だけを使った最もシンプルな方法です。

たとえるなら:

• 🥄 米を研ぐときの「ふるい」と同じ
• ✅ 良い米だけ残す(正の部分)
• ❌ ゴミは捨てる(負の部分)
• 😢 でも、米の半分も捨てちゃうのでもったいない!

だから、半波整流は効率が悪く、実用的ではありません。

♻️ ブリッジ整流|全部使う賢い方法

ブリッジ整流は、ダイオード4個を使った賢い方法です。

たとえるなら:

• ♻️ リサイクルと同じ
• ✅ 正の部分 → そのまま使う
• 🔄 負の部分 → ひっくり返して使う(反転)
• 😊 全部使うので無駄なし!

📊 2つの整流方式を比較

方式	ダイオード数	効率	実用性
半波整流	1個	😢 50%無駄	❌ ほぼ使われない
ブリッジ整流	4個	😊 ほぼ無駄なし	✅ 実用回路で最も使われる

🧈 最後の仕上げ|コンデンサで滑らかに

整流回路だけでは、出力は「脈流(ガタガタした直流)」のままです。

これを滑らかな直流にするために、コンデンサ(平滑コンデンサ)を追加します。

たとえるなら:

• 🧈 バターをパンに塗るとき、ナイフで滑らかにするイメージ
• 🌊 波打った海面を、平らにならすイメージ

実際の充電器では、ブリッジ整流+平滑コンデンサの組み合わせが標準です!

関連記事: 電験3種は本当に難しいのか？短期間で合格するための実践ガイド、電験三種 "得点の要地" 攻略ガイド｜配点で立てる最短戦略マップも合わせてご覧ください。

📝 まとめ|ダイオードは「電気の一方通行」

お疲れさまでした!この記事では、ダイオードの基礎を日常のたとえを使って解説しました。

📚 次に読むべき記事

最後まで読んでいただき、ありがとうございました!
ダイオードの「一方通行」がイメージできましたか?📖✨