브릿지 정류형 커패시터 필터 회로 설계

소개글

브릿지 정류형 커패시터 필터 회로 설계에 대한 보고서 자료입니다.

목차

차 례 -------------------------------------------------------------- 2
1. 프로젝트 개요 ------------------------------------------------------ 3
1.1 과제배경 및 동향 ------------------------------------------------- 3
1.2 과제목적 -------------------------------------------------------- 3
1.3 과제내용 및 범위 ------------------------------------------------- 3
1.4 구성원의 역할 ---------------------------------------------------- 3
2. 분석 및 설계 ------------------------------------------------------- 4
2.1 전파정류 -------------------------------------------------------- 4
2.2 커패시터의 정의 -------------------------------------------------- 7
2.3 커패시터 회로 ---------------------------------------------------- 10
2.4 맥동률의 정의 ---------------------------------------------------- 10
3. 결과 및 고찰 ------------------------------------------------------- 14
3.1 맥동률 2%인 커패시터 회로 ---------------------------------------- 14
3.2 맥동률과 주파수의 관계 -------------------------------------------- 15
4. 결 론 ------------------------------------------------------------- 16
참고문헌 -------------------------------------------------------------- 16

본문내용

)을 가지는 것과 낮은 전압(Low-voltage, High-capacitance)을 가지는 것이 있다.
[유전율(permittivity)과 Farad 단위]
배터리에 의해 충전된 커패시터 내부에서는 어떤 일이 일어나는지 알아보자.
커패시터가 위의 그림과 같이 배터리에 의해 충전되면 한족 도체판은 양전하(+)로 대전되고 다른 쪽 도체판은 음전하(-)로 대전된다. 이를 확대해서 내부를 살펴보면 다음 그림과 같다.
충전되었을 때의 커패시터의 내부를 살펴보면 대전된 도체판에 의해 두 도체판 사이의 절연체에 위의 그림과 같이 전하가 유도된다. 이 유도된 전하는 절연체의 유전율를 결정하며 모든 절연체는 다른 유전율을 가진다.
측정면에서 현실적으로 더 많이 쓰이는 값은 K라고 불리는 유전상수로, 이 값은 진공의 유전율에 대한 절연체의 유전율의 비이다. 그러므로 진공의 경우 K=1이고, 모든 물질의 유전상수는 1보다 큰 값을 갖는다. 유전상수가 크면 클수록 더 큰 커패시턴스를 얻을 수 있다.
의 식은 커패시턴스를 계산하기 위한 식이다. A는 도체판의 면적이며, D는 절연체의 두께이다. K는 위에서 설명한 유전상수이고(8.85*10^-12)은 진공의 유전율이다. 이렇게 구한 커패시턴스의 단위는 Farad(F)이다.
2.3 커패시터 회로
커패시터 회로는 1개의 커패시터가 정류기의 출력에 연결되어 있고 커패시터의 양단이 필터의 출력이 된다. 필터의 출력은 필연적으로 다소의 맥동을 포함한 직류전압임을 주시 해야한다.
전파 브릿지 정류기와 부하가 있는 상태에서의 출력을 도시한 것이다. 만일 이 경우 저항성 부하가 커패시터 양단에 존재하지 않는다면 출력은 입력의 최대값으로 항상 일정하게 나타나게 될 것이다. 그러나 출력 직류전압은 여러 종류의 회로의 전원으로 응용되기 위함으로 항상 부하를 수반하게 된다. 따라서 필터의 출력에 항상 저항성 부하가 있다고 가정하여 실용성 있는 대비를 하여야 한다.
2.4 맥동률의 정의
[여파기와 맥동율]
여러 가지 정류기에서 출력된 파형을 맥류라고 한다. 이것을 0레벨에서 최대값으로 그리고 정상적으로 다시 0으로 되돌아오며, 반복해서 맥동하므로 간단히 맥류라고 부른다. 이런 형태의 출력은 때때로 직류 전동기를 구동하는데 유용하지만 정밀한 전자회로에서는 적합하지 않다. 실제로 전자회로에서는 보통의 축전지의 출력과 비슷하게 평탄한 매우 안정도니 직류 출력이 요구된다, 맥류를 매우 안정된 직률벨로 변환시키는 회로를 여파기(Fliter)라고 부르며, 이는 출력에서 맥동 성분을 여파하기 때문이다. 다음은 여파기 (Fliter)의 기능을 나타낸 것이다.
여파기의 이용소자는 컨덴서, 코일, 저항과 같은 소자들을 다양하게 조합하여 많은 종류의 여파기들이 적용되어 왔다. 그러나 근래에 들어서는 전원장치에 적용되고 있는 여파기는 컨덴서를 가장 많이 적용하는 것이 보편화되어 있으며, 컨덴서를 사용합으로 인하여 저 전압 회로에 유용하며 가격이 저렴하므로 부피가 큰 코일을 사용하게 되면 공간 및 가격상승의 원인이 된다. 직류전원장치의 출력에서 맥동전체(보통 교류성분)을 리플이라고 부른다. 여파기의 기능은 맥동성분을 낮게 유지하는 것이다. 실제 응용에서 맥동은 맥동의 실효전압에 대한 출력 전압의 백분율로 나타낸다. 맥동율은 다음과 같이 정의한다.
맥동은 교류성분의 피크 값과 교류성분의 실효치, 맥동율로 표시한다. 컨덴서는 에너지를 저장할 수 있는 능력을 보유하고 있다. 정류기의 출력 전압이 최대가 되는 동안 컨덴셔는 낮은 입력 전압의 주기 동안 컨덴서는 낮은 입력 전압의 주기 동안 부하에 에너지를 보내 줌으로서 정류기의 출력은 평탄하게 된다. 정류기의 출력이 증가 할 때 상승되므로 감소하기 시작할 때부터 컨덴서는 초기에 저장된 에너지를 방출하기 시작한다. 이리하여 정류기 출력의 다음 사이클의 컨덴서 전압을 초과할 때까지 전압상승을 억제하는 것이다. 그 순간부터 정류기의 전압을 따르며, 컨덴셔는 정류기 출력이 급격하게 떨어지기 시작할 때 방출하기 위하여 에너지를 저장하게 된다.
컨덴서와 이를 따른 부하전압의 합계는 실제로 컨덴서와 R사이의 RC 시정수에 따른다. 방전 전압과 이에 다른 맥동의 크기를 최소로 하기 위하여 컨덴서의 값을 크게 해야 한다. 컨덴서는 그림3의 (C)와 (D)와 같이 정류기의 출력을 평탄하게 하는 작업을 한다. 전류 다음 펄스에 의하여 컨덴서에 에너지가 다시 저장되기 전에 더욱 짧은 방전시간 때문에 맥동의 크기는 반파 회로에 비하여 전파회로에서 더 작아짐을 알 수 있다.
3. 결과 및 고찰
2.4 맥동률 2%인 커패시터 회로
맥동률 2%를 맞추기 위해 를 만족하는 R과 C의 값을 도출해 낸다.
이때, C의 값은 uF이 되어야 한다. 그 이유는 주파수의 영향이 미치기 때문이다.
그리고
3.2 맥동률과 주파수의 관계
다양한 실험을 통해서 어떻게 하면 맥동률을 줄 일 수 있는가에 대한 것들 중 주파수를 늘리면 맥동률이 낮아짐을 알 수 있었다.
맥동률이 낮아짐에 따라 DC전압처럼 되는 것을 알 수 있었으며, 충전과 방전주기로 일어나는 커패시터 필터 회로도의 출력 파형을 보고 시정수 와 연관됨을 알 수 있었다.
4. 결 론
커패시터 회로의 몇 가지 단점이 있는데, 교류전압과 분리되지 않았고 최소한의 전류가 항상 흐르고 있어야 하며, 부하의 전류가 지나치게 흐를 수 없다. 따라서 이러한 형태의 간단한 직류 공급기는 소량의 전류를 값싼 장비에서 필요로 할 때, 정류 능력이 떨어지는 직류전압을 공급하기 위해 사용된다.
1. R과 C의 값을 크게 하면, 맥동률이 감소하여서 직류에 가까운 전압이 된다.
(단, 커패시터의 고주파 발생이 있어 uF 의 값을 가져야 한다.)
2. 인가되는 전압의 주파수를 늘리면 맥동률이 낮아져서 보다 더 DC전압과 가까워짐을
알 수 있다.
참고문헌
1. Robert L. Boylestad·Louis Nashelsky, “Electronic Devices And Circuit Theory (9ed)”,
2. 북두출판사 최평 외 4명 “PSpice 기초와 활용”
3. PinkWink's Blog::[회로이론] - naver blog
4.

키워드

전기공학과,   브릿지 전파정류,   정류형,   커패시터,   필터회로,   프로젝트,   정류회로,   결과보고서