[다이오드] 다이오드 정류회로

 

 

다이오드 정류회로

 

 

 

다이오드는 한 방향으로만 전도가 가능하기 때문에 이 성질을 이용함으로써

입력으로 들어간 교류를 직류로 변환하는 정류 회로를 구성할 수 있다. 

 

정류회로에 사용되는 다이오드는 컴퓨터나 통신회로에 사용되는 다이오드보다 출력(power)이나 흘릴 수 있는 전류의 세기가 큰 것이다.

 

 

출처 - 과학도를 위한 반도체와 전자회로의 기초 / 다이오드 반파정류 회로

 

 

그림과 같이 sin파가 입력으로 주어진다고 하자.

 

+ 입력에 대해서 다이오드는 0.7V 보다 큰 경우 전도가 되므로 그림에서와 같이 입력보다 0.7V 보다 작은 값이기는 하나 입력파와 같은 모양을 출력한다.

 

반면에 - 입력의 경우에 다이오드는 전도가 되지 않으므로 출력은 0이 된다.

 

이와 같이 하나의 다이오드를 사용함으로써 입력한 sin파 중에 +부분만 출력으로 나오게 하는 반파정류 회로를 꾸밀 수 있다.

 

 

 

 

출처 - 과학도를 위한 반도체와 전자회로의 기초 / 다이오드 전파정류 회로

 

 

위 그림은 4개의 다이오드를 사용한 브릿지(bridge) 형태의 전파정류(full wave rectifier) 회로이다.

 

그림에서 보듯이 + 입력과 - 입력의 경우 각각 다른 경로를 따라 + 출력으로 변환된다. 이 그림에서는 이상적인 다이오드 모델을 사용하였다.

 

위 그림과 같은 전파정류에서도 출력은 완전한 직류가 아니라 sin파의 -파 부분이 +파로 바뀌었을 뿐이다.

 

 

출처 - 과학도를 위한 반도체와 전자회로의 기초 / RC회로에 의한 정류파의 물결전압

 

 

출력을 직류에 가깝게 만들기 위해서 부하저항에 축전기를 병렬로 연결한 회로이다.

브릿지 정류기로 들어간 sin파는 전파정류 된 후 축전기와 부하저항으로 구성된 RC회로에 입력된다.

이 전압이 V_rect 이다. 

 

RC회로에 입력되는 V_rect의 최고치는 V_P 이고 주기는 T 이다.

V_rect가 증가하는 동안에는 축전기 C는 충전된다. 즉, 최고치 V_P가 될 때 까지 축전기는 충전된다. 

 

반면에 V_rect가 감소하는 동안에는 축전기는 저항 R을 통해 방전된다.

 

평형상태에서는 방전되는 동안 축전기를 통해 방출되는 전하는 Q = I*T 이고 충전되는 동안 축전기에 쌓이는 전하는 Q = C△V 로서 서로 동일하다.

 

따라서 충전과 방전 사이에 발생하는 전압 차이는 △V = I*T/C 로 구해진다. 그리고 저항을 흐르는 전류는 I ≒ V_P/R 이므로 전압차이는 아래와 같이 표현할 수 있다.

 

 

이 전압의 변화를 물결전압(ripple voltage)이라고 한다. 진동수는 1/주기 를 이용하였다.

 

위 식에서 물결전압의 크기는 세 가지 요소에 달려 있음을 볼 수 있다. 

 

- 축전기의 용량 C가 클수록 많은 전하가 충전되고 이에 따라 방전이 천천히 일어난다. 따라서 470μF 이상의 전해질 축전기가 주로 사용되고 있다.

 

- 부하저항이 클수록 RC회로의 시정수가 커져서 물결전압이 줄어들게 된다.

 

- 입력 신호의 진동수가 클수록 최대 전압이 빨리 바뀌고 이에 따라 축전기도 자주 충전되므로 물결전압이 줄어든다.

 

 

 

출처 - 과학도를 위한 반도체와 전자회로의 기초

 

 

 

위 그림은 중앙에 연결된(center tapped) 변압기를 이용한 정류회로를 보여 주고 있다. 가정에서 사용하는 교류 전원이 220V 이므로 대부분의 정류회로의 앞에는 변압기가 붙어 있다.

 

반도체 소자를 포함하는 전자장비들이 대채로 6~12V 의 전압이 요구되므로 정류를 하기 전에 변압기를 통해 먼저 감압을 시켜야 한다. 위의 그림에는 2:1로 감압하는 변압기를 하나의 예로서 표시해 두었다.

 

위 정류기의 작용을 살펴보자. + 입력신호에서는 위쪽의 다이오드가 닫힌(on) 상태가 되고 아래쪽 다이오드는 열린(off) 상태가 된다. 이에 따라 + 입력신호는 그림에서와 같은 방향으로 부하전압에 전류를 줌으로써 + 출력신호로 관찰된다.

(2:1 변압기에 의해 출력전압이 입력전압의 반으로 줄어들었음)

 

반대로 - 입력신호에서는 위쪽 다이오드는 열린 상태가 되고 아래쪽 다이오드는 닫힌 상태가 된다. 이에 따라 부하저항에는 그림과 같은 방향으로 전류가 흐르므로 이 경우에도 + 출력신호가 관찰된다.

 

 

 

 

출처 - 과학도를 위한 반도체와 전자회로의 기초 / 변압기를 이용한 정류회로에 RC회로의 연결

 

 

이 그림은 중앙에 연결된 변압기를 이용한 정류회로에 RC회로를 연결하여 직류전압을 얻는 회로를 보여주고 있다.

 

큰 용량의 축전기를 이용함으로써 작은 물결전압을 가지는 직류 전압을 얻을 수 있다.