駄実験記録室　ダイオード検波回路の実験

ダイオード検波回路

今まで、当たり前の様にラジオのAM検波等に使用してきた。
ゲルマラジオの製作等に真っ先に出てくる、超初心者向け回路・・・？
よって、使用方法等あまり考えた事が無かった。
と言う訳で、とりあえず実験してみたら意外な落とし穴が・・・

参考文献
上級ハムになる本（注１）　大塚　政量　著　　ＣＱ出版社

注１）
この文献は当局が上級免許を取得する時に使用した参考書です。
古い本ですが、いま読み返しても、結構面白いです。



交流回路の計算だけど・・・　

まともに計算や解説する事など当局には到底できませんです・・・　(-_-;)
ここでは低レベルな事項のみです、はい。

さて、交流回路と言えども、抵抗のみの回路ならオームの法則が成り立ちます。
また、計算式は直流と同じですが、交流の場合は「実効値」と言う事になります。
ただ高周波回路は、抵抗のみと言っても、そう単純にはいかないが・・・
部品や配線に寄生する容量やインダクタンスで位相がずれてしまいます。
特に当局の様な素人の回路と配線では、それらが顕著です。



交流波形（サイン波）の復習（参考文献より抜粋）

交流波形をオシロで眺めると、＋の最高値から－の最低値まで変化してます。
それはＹ軸に電圧、Ｘ軸に角速度や時間を取った、三角関数グラフで表示できます。
交流１００Ｖで言うならば、＋１４１Ｖから－１４１Ｖまで規則的に電圧が変化しています。
勿論、触った場合、２８２Ｖの直流と同等で感電する訳では無いですが・・・

瞬間値（ｅ）と最大値（Ｅｍ）
交流電圧または電流の、ある瞬間における大きさを瞬間値と言う。
正弦波交流において、瞬間値で最も大きくなった時の値を最大値（Ｅｍ）と呼ぶ
　ｅ＝Ｅｍ･ｓｉｎωｔ　で示される。
ただし、
　ω（オメガ）＝２πｆ（ラジアン／秒）
　ｔ＝時間(秒)
　ｆ＝周波数（ＨＺ）

実効値（Ｅ）
交流１００Ｖと言えば、この実効値の事を指す。
直流によって発生する熱量と正弦波交流によって発生する熱量を比較したもの
　Ｅ＝Ｅｍ／√２　≒　０．７０７･Ｅｍ
で示される。

平均値（Ｅａｖ）
一周期の平均値をとったのではゼロになってしまいます。
よって半サイクルの平均電圧と言う事になります。
　Ｅａｖ＝２Ｅｍ／π　≒　０．６３７Ｅｍ　で示される。
正弦波交流の平均値は全波整流後に平滑した直流出力電圧値となる。
半波整流は１／２となる。
実際の直流電圧は、平滑コンデンサ容量や負荷によって変化する。

尖頭値Ｖｐｐ（peak-to-peak電圧）
＋最大値と－最大値間の電圧
交流１００VのＶｐｐは２８２Ｖになる。
倍電圧検波（整流）の場合は、この電圧が最大値として発生する

実験回路イメージ　（左記回路図参照）

ただの高周波検波回路です。
高周波入力負荷抵抗は約５０Ω、
検波後負荷抵抗RLは約１００ＫΩ
ダイオードは、これもジャンク箱に大量にある、1SS99と言うSBDです。
電流計は秋月から購入した１００μＡ、２．４ＫΩの電流計ＳＤ－５０
入力部はＢＮＣコネクタでＳＳＧよりの信号を受けます。
実験基板はランド法で作ってあります。

５０Ω負荷における計算値(小数点以下四捨五入)　

入力電力(mW)　　　実効値(mV)　　最大値(mV)

　　　１０　　　　　　　７０７　　　　　　１０００
　　　　９　　　　　　　６７１　　　　　　　９４９
　　　　８　　　　　　　６３２　　　　　　　８９４
　　　　７　　　　　　　５９２　　　　　　　８３７
　　　　６　　　　　　　５４８　　　　　　　７４５
　　　　５　　　　　　　５００　　　　　　　７０７
　　　　４　　　　　　　４４７　　　　　　　６３２
　　　　３　　　　　　　３８７　　　　　　　５４８
　　　　２　　　　　　　３１６　　　　　　　４４７
　　　　１　　　　　　　２２４　　　　　　　３１６

　　０．９　　　　　　　２１２　　　　　　　３００
　　０．８　　　　　　　２００　　　　　　　２８３
　　０．７　　　　　　　１８７　　　　　　　２６５
　　０．６　　　　　　　１７３　　　　　　　２４５
　　０．５　　　　　　　１５８　　　　　　　２２４
　　０．４　　　　　　　１４１　　　　　　　２００
　　０．３　　　　　　　１２２　　　　　　　１７３
　　０．２　　　　　　　１００　　　　　　　１４１
　　０．１　　　　　　　　７１　　　　　　　１００

　　０．０９　　　　　　　６７　　　　　　　　９５
　　０．０８　　　　　　　６３　　　　　　　　８９
　　０．０７　　　　　　　５９　　　　　　　　８４
　　０．０６　　　　　　　５５　　　　　　　　７８
　　０．０５　　　　　　　５０　　　　　　　　７１
　　０．０４　　　　　　　４５　　　　　　　　６３
　　０．０３　　　　　　　３９　　　　　　　　５５
　　０．０２　　　　　　　３２　　　　　　　　４５
　　０．０１　　　　　　　２３　　　　　　　　３２



絶対値ｄＢｍとｍＷの変換

ＳＳＧ出力に「mW」は無いので、簡単な変換表を作ることにします。。
通常良く使用する０dBmは１mWです（注１）ので、これを中心に計算してみます。

まず、［ｍＷ］を［ｄＢｍ］に変換する式は、
Ｙ[ｄＢｍ]＝１０・ｌｏｇＸ[ｍＷ]・・・①　（底は10で以下同様）

①式を変形すると、
Ｙ＝ｌｏｇＸ^10　（YイコールログXの１０乗）
ｌｏｇを外すと、(注２)
１０^Ｙ＝Ｘ^10　（１０の１０乗イコールXの１０乗）
左右式を入れ替えると、
Ｘ^10＝１０^Ｙ
よって、
Ｘ[ｍＷ]＝１０^(Ｙ[dBm]/10）・・・②　（Xイコール１０の１０分のY乗）

以上、①式が（ｍＷ）を（ｄＢｍ）にする変換式
②式が（ｄＢｍ）を（ｍＷ）にする変換式となります。

例１)
２ｍＷをＹｄＢｍにするには、①式より
Ｙ[ｄＢｍ]＝１０ｌｏｇ２
　　　　　＝１０・０．３０１・・・
　　　　　≒３
例２）
１０ｄＢｍをＸｍＷにするには、②式より
Ｘ[ｍＷ]＝１０^(10/10)
　　　　 ＝１０^1
　　　　 ＝１０

例３）
－２０ｄＢｍをＸｍＷにするには、②式より
Ｘ[ｍＷ]＝１０^(-20/10)
　　　　 ＝１０^-2
　　　　 ＝０．０１（１０ｕＷ）

注１）
ｄＢ（デシベル）の末尾に「ｍ」等が付くと絶対値を表す。（他にもあります）
デシベルのデシ（ｄ）はデシリットルのデシと同じ意味で１／１０です。
ベル（Ｂ）＝ｌｏｇＸ（底は１０）で、１Ｂ（１ベル）＝１０ｄＢ（１０デシベル）となる。

注２)
Ｙ＝ｌｏｇ(a)Ｘ　（aは底とする）とします。
これを指数に変換すると、
ａ^Ｙ＝Ｘ（ａのＹ乗はＸ）



変換表計算値(小数点２位以下四捨五入)　

　電力(mW)　　　計算値値(dBm)　　近似値(dBm)

　　　１０　　　　　　　１０．００　　　　　　１０
　　　　９　　　　　　　　９．５４
　　　　８　　　　　　　　９．０３　　　　　　　９
　　　　７　　　　　　　　８．４５
　　　　６　　　　　　　　７．７８　　　　　　　８
　　　　５　　　　　　　　６．９９　　　　　　　７
　　　　４　　　　　　　　６．０２　　　　　　　６　（注１）
　　　　３　　　　　　　　４．７７　　　　　　　５
　　　　２　　　　　　　　３．０１　　　　　　　３　（注１）
　　　　１　　　　　　　　０．００　　　　　　　０

　　０．９　　　　　　　－０．４６
　　０．８　　　　　　　－０．９７　　　　　　－１
　　０．７　　　　　　　－１．５５
　　０．６　　　　　　　－２．２２　　　　　　－２
　　０．５　　　　　　　－３．０１　　　　　　－３　（注１）
　　０．４　　　　　　　－３．９８　　　　　　－４
　　０．３　　　　　　　－５．２３　　　　　　－５
　　０．２５　　　　　　－６．０２　　　　　　－６　（注１）
　　０．２　　　　　　　－６．９９　　　　　　－７
　　０．１　　　　　　－１０．００　　　　　－１０　（注１）

　　０．０９　　　　　－１０．４６
　　０．０８　　　　　－１０．９７　　　　　－１１
　　０．０７　　　　　－１１．５５
　　０．０６　　　　　－１２．２２　　　　　－１２
　　０．０５　　　　　－１３．０１　　　　　－１３
　　０．０４　　　　　－１３．９８　　　　　－１４
　　０．０３　　　　　－１５．２３　　　　　－１５
　　０．０２　　　　　－１６．９９　　　　　－１７
　　０．０１　　　　　－２０．００　　　　　－２０

注１）
上の表は、１ｍＷを０ｄＢとした絶対値を意図している。
相対値としてのｄＢ（末尾にｍやµが付かない）の場合
フィルタの減衰量や増幅器の利得が－３ｄＢと言うと、”１／２倍になった”
同じく、－６ｄＢと言うと、”１／４倍になった”
同じく、－１０ｄＢと言うと”１／１０倍になった”
減衰量や増幅器の利得が３ｄＢと言うと、”２倍になった”
同じく、６ｄＢと言うと、”４倍になった”
同じく、１０ｄＢと言うと”１０倍になった”
と言う事になる。
ただし、これは電力相対値であり、電圧比の場合は、
－３ｄＢはー６ｄＢ、－６ｄＢはー１２ｄＢ、－１０ｄＢはー２０ｄＢ
３ｄＢは６ｄＢ・・・となる。

実験①　５０Ω負荷における実測値および検波発生電圧

測定条件
基板入力電力は接続ケーブルのロスを含みません
ケーブルは秋月で購入した両端BNCケーブルで、２ｍ程度の物です。
ダイオード「1SS99」による半波整流、負荷抵抗RL=100KΩ
尖頭電圧はオシロスコープと1/10プローブによる目視
検波電圧とダイオード逆方向電圧はDMM（秋月P-10）
測定値のmV小数点以下は四捨五入しています。
入力電力がmWでは無く、dBmになっています。

実験②　まさに駄実験・・・

倍電圧検波の前に、中途半端な状態で実験してみました。
左記回路図の様に倍電圧検波の、追加のダイオード未配線状態です。
0dBm程度入力すれば、一見メータが振れそうですが、ピクリとも振れません。
つまり、負荷抵抗ＲＬ１に全く電圧が発生していません。

測定条件は、
電流計は未接続です。
尖頭電圧はオシロによる概算値
直流電圧はＤＭＭ（Ｐ－１０）
ｆ＝１０ＭＨＺ、ＳＳＧ出力０ｄＢｍです。

以下各電圧は、
ＴＰ１－ＧＮＤ　６２０ｍＶｐｐ
ＴＰ２－ＧＮＤ　　　０ｍＶ（ＤＣ）
ＴＰ３－ＧＮＤ　－２３３ｍＶ（ＤＣ）

ここで、ＴＰ３－ＧＮＤ間に負荷抵抗ＲＬ２を接続してみた。
この場合は、検波回路として機能します。
ＲＬ２の抵抗値とTP2-GND電圧との関係
（電流計は未接続です。）
　ＲＬ２（ＫΩ）　　　ＴＰ２電圧（ｍＶ）
　　　　１Ｍ　　　　　　　２０
　　１００Ｋ　　　　　　１１３
　　　４７Ｋ　　　　　　１５１
　　　３３Ｋ　　　　　　１６７
　　　２２Ｋ　　　　　　１８１
　　　１０Ｋ　　　　　　２００
　　４．７Ｋ　　　　　　２０８
　　３．３Ｋ　　　　　　２１０
　　２．２Ｋ　　　　　　２１１
　　　　１Ｋ　　　　　　２１０
　　４７０　　　　　　　２０４
　　２２０　　　　　　　１９０
　　１００　　　　　　　１６４

実験③　倍電圧検波回路

左記回路図の様に、ただの倍電圧検波回路です。
発生電圧および電流も大きくなり、ミリワット計として使えそうです。
周波数特性も良好です。
以下各電圧は、
尖頭電圧はオシロによる概算値
直流電圧はＤＭＭ（Ｐ－１０）
ｆ＝１０ＭＨＺ、ＳＳＧ出力０ｄＢｍです。
電流計は接続されていません。

ＴＰ１－ＧＮＤ　６２０ｍＶｐｐ
ＴＰ２－ＧＮＤ　４１５ｍＶ（ＤＣ）
ＴＰ３－ＧＮＤ　４１５ｍＶ（ＤＣ）



入力電力と電流計の振れについて

使用電流計は秋月で販売されている、SD-50　100uA

周波数＝１０ＭＨＺ、
検波発生電圧１は電流計未接続での発生電圧
検波発生電圧２は電流計接続での発生電圧
電流計は１０ｄＢｍ（１０ｍＷ）入力時に１００ｕＡになる様にVRを調整
電流計の内部抵抗は2.4KΩです。
１目盛４ｕＡで読み取り誤差が大きい