전자공학실험- Diode 응용회로

본문내용

해서 차단이 되고, 음의 반사이클일 때 전류가 흐르게 된다. (b)회로는 전압전원이 양의 반사이클일 때 다이오드가 단락회로로 작용하고, 음의 반사이클일 때 차단된다.
▲ (c)와 (d)회로
(c)와 (d)회로에서 시계방향으로 흐르는 전류를 양의 방향이라하면, (c)회로는 전압전원이 양의 반사이클일 때 다이오드에 의해서 차단이 되고, 음의 반사이클일 때 전류가 흐르게 된다. (d)회로는 전압전원이 양의 반사이클일 때 다이오드가 단락회로로 작용하고, 음의 반사이클일 때 차단된다.
▲ 여기서 (a), (b)회로와 (c), (d)회로의 차이점은 (a), (b)회로에 비하여 (c), (d)회로가 신호를 일정한 수준에 고정시킨다는데 있다.
2. 그림 10.2 및 10.3의 회로들의 동작을 비교하여 설명하라.
▲ 10.2의 회로는 입력전압이 첫 번째 음의 반사이클에 이르면 다이오드는 도전하고, 음의 피크에서 커패시터는 피크전압까지 충전한다. 음의 피크값을 넘어서면 다이오드는 차단된다. 충전된 커패시터는 전지처럼 작용하므로 출력전압이 양으로 클램프된다.
▲ 10.3의 회로는 10.2의 회로와 거의 같은 동작을 하나 다이오드에 바이어스시킨 전압을 이용하여 원하는 수준으로 클램프시킬 수 있다.
3. 그림 10.2에서 다이오드가 ON 상태일때의 시정수와 OFF 상태일때의 시정수는 각각 얼마인가?
▲ ON 상태일 때
▲ OFF 상태일 때
4. 그림 10.2의 회로에서, 주파수 f=50㎐, f=5㎑의 구형파 입력신호의 주기를 앞에서 구한 시정수와 비교하라. 또 입력신호의 주파수가 f=50㎐일때와 f=5㎑일때의 출력신호의 차이점을 묘사하고, 그 이유를 설명하라.
▲ f=50㎐의 구형파 입력신호의 주기
▲ f=5㎑의 구형파 입력신호의 주기
▲ 시정수
▲ f=50㎐일때는 시정수가 주기보다 작으므로 커패시터가 완전한 충전상태를 유지하지 못한다. 따라서 실험결과와 같이 파형이 구형파가 나오는 것이 아니라 약간의 전압강하를 보인다. 그러나 f=5㎑일때는 시정수가 주기보다 크므로 커패시터는 다이오드가 차단되어 있는 동안 거의 완전 충전상태를 유지한다. 따라서 실험결과에서의 입력파형과 거의 같은 모양을 유지한다.
5. 그림 10.1(a)와 (c)의 회로의 입출력 전달특성을 그려라.
▲ (a)의 회로의 입출력 전달특성 ▲ (c)의 회로의 입출력 전달특성
6. 다음 그림의 두 회로에 대하여 각각의 입출력 전달특성을 그려라.
▲(a)의 입출력 전달특성 ▲(b)의 입출력 전달특성
7. 그림 10.4와 10.5의 회로의 작동원리와 용도를 설명하라. Vd의 파형을 도시하라.
▲ 반파정류기
교류를 직류를 변환하는 가장 간단한 회로는 위의 그림과 같은 반파정류기이다. 교류전원 콘센트의 선전압을 변압기의 1차권선에 인가한다. 권선비 때문에 2차권선의 피크전압은 다음과 같다.
1차전압이 정현파의 양의 정현파의 양의 반사이클일 때 2차권선은 정현파의 양의 반파가 되어 다이오드는 순방향으로 바이어스 된다. 그러나 1차전압이 음의 반사이클이면 2차권선은 정현파의 음의 반파가 되어 다이오드는 역방향으로 바이어스 된다.
아래 그림은 부하전압을 나타낸 것이다. 음의 반사이클이 잘려 나간 이러한 종류의 파형을 반파신호라 한다.
▲ 브리지 정류기(전파정류기)
아래와 같은 회로를 브리지 정류기라 한다.
선전압의 양의 반사이클 동안 다이오드 D2와 D3가 도전하여 부하저항 양단에 양의 반사이클 신호가 나타나고, 음의 반사이클 동안 다이오드 D1과 D4가 도전하여 부하저항 양단에 또 다른 양의 반사이클 신호가 나타난다. 그 결과 부하저항 양단에는 전파신호가 나타난다. 이 신호의 파형은 아래 그림과 같다.
8. 그림 10.5에 주어진 변압기와 2개의 다이오드, 1개의 저항을 이용하여 전파정류회로를 설계하라.
9. 그림 10.6의 회로에서 커패시터의 역할은? 또 이 회로에서 시정수와 ripple의 관계는?
▲ 커패시터는 부하저항과 병렬로 연결되어 있다. 커패시터는 전원을 넣기 전 충전되어 있지 않으므로 부하전압은 영이다. 2차전압의 첫 번째 1/4사이클 동안 다이오드는 순방향으로 바이어스되기 때문에 이상적인 다이오드는 단락스위치처럼 작용한다. 다이오드가 단락되면 2차권선과 커패시터가 바로 연결되어 커패시터는 피크전압까지 충전한다. 양의 피크를 지나는 순간 다이오드는 도전을 중지한다. 즉 스위치는 개방상태로 된다. 커패시터 전압은 전원전압과 같은데, 2차전압이 전원전압보다 약간 낮아져서 다이오드가 역방향으로 바이어스되기 때문이다. 다이오드가 개방되면 커패시터는 부하저항을 통하여 방전한다. 전원전압이 다시 피크에 도달하면 다이오드는 짧게 도전하고 커패시터는 다시 피크 전압까지 충전된다. 즉 커패시터가 초기 첫 번째 1/4사이클 동안 충전되고 나면 그 이후는 2차 피크 전압과 거의 같은 전압을 유지한다. 이리하여 부하전압이 거의 정상 또는 일정한 직류전압으로 된다.
▲ 부하직류전압은 순수 직류전압과 약간 차이가 있는데, 이 편차는 커패시터의 충방전으로 생기는 작은 리플이다. 리플은 작을수록 좋고, 방전 시정수를 크게하면 리플을 감소시킬수 있다.
10. 실험절차 13과 14의 차이점을 설명하라.
▲ R의 값이 커지면 시정수가 커지므로 리플이 작아진다.
11. 다음의 사양을 만족시키는 dc 전원장치를 설계하라.
a. 전원 : 110V 60㎐ 및 220V 60㎐ 겸용
b. 출력 : dc 5V 및 dc 9V
c. 최대 ripple : 10 mV(rms)
▲ 브릿지 정류회로에서 변압기에 탭을 사용하여 110V와 220V 겸용으로 한다. 그리고 2차측도 탭을 사용하는데, 다이오드의 전압강하를 고려하여 2차전압의 출력을 dc출력값인 9V와 5V보다 1.4V가 높은 10.4V, 6.4V가 나오도록 한다. 저항과 커패시터의 값은 다이오드 정격전류(약 50mA)와 조건에 맞는 리플에 맞게 설계한다.
단, I : 직류 부하전류
f : 리플주파수
C : 커패시턴스
참고문헌
대학기초실험 : 최승헌 외 3명 공저 : 복두출판사
일렉트로닉스 : MALVINO : 대영사
신회로이론 : 박송배 저 : 문운당
일반전자공학실험 : 김태중 저 : 상학당

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