실험노트, 02주 - 정류회로

I. THEORY

1. AC-DC 컨버터 (어댑터)

ㅇ 전자회로 구동에서 DC 전원이 필요

ㅇ (AC-DC) 컨버터: AC 전원 (AC 220V)에서 DC 전원으로 변환하는 장치

ㅇ (DC-AC) 인버터: DC 전원에서 AC 전원으로 변환. 태양광 발전에서 사용

ㅇ 컨버터는 아래 그림과 같이 구성됨.

ㅇ 삼성 스마트폰 충전기: 입력 AC 100-240 V, 50-60 Hz, 0.15A; 출력 DC 5.0 V 1.0 A

ㅇ 스마트폰 유선충전기 회로도

변압기 (transformer): TR1, 9-0-9 500 mA step-down transformer

정류기 (rectifier): 브리지 다이오드 정류기, D1 to D4

필터 (filter): C1

레귤레이터: LM7805 IC (입력 7-35 V, 출력 1 A / 4.8-5.2 V) + C2, C2는 부하 임피던스 변화에 따른 과도전압을 억제

각 부분의 기능은 아래와 같다.

변압기: AC 220 V에 AC 9 V로 변환하여 DC 5 V를 만들기 적합하게 한다.

정류기: 양/음 양방향 정현파 전압을 양의 단방향 전압으로 변환.

- 필터: 반파 또는 전파 전압을 평탄한 DC 전압으로 변환. DC 전압에 섞여 있는 작은 AC 전압을 리플(ripple)이라 한다.

- 레귤레이터: 레귤레이터를 사용하지 않으면 출력전류가 증가하면 출력전압이 감소하고 리플이 증가한다. 레귤레이터는 출력전류가 변하더라도 리플이 없는 일정한 출력전압을 만든다.

2. 다이오드 정류회로

2.1 다이오드의 정류작용

2.2 반파정류

1) 반파정류

2) 반파정류 + 커패시터 전압 평활(smoothing)

a-b 구간: 다이오드 도통, 커패시터 충전

b-c 구간: 다이오드 OFF, 커패시터가 R_L로 방전

방전 시작시 커패시터 전압:

방전 종료시 커패시터 전압:

방전구간 동안 커패시터의 전하량 변화:

(ripple voltage, peak-to-peak value)

(capacitor discharge time constant)

(ripple voltage, rms value assuming a saw tooth waveform)

(ripple factor)

(dc output voltage)

2. 전파정류

1) 2-다이오드 전파정류

2) 브리지 전파정류

3) 브리지 정류 + 커패시터 전압평활

(ripple voltage, peak-to-peak value)

(ripple voltage, rms value assuming a saw tooth waveform)

(ripple factor)

(dc output voltage)

4) 브리지 정류회로 + RC 필터

ㅇ 구조

ㅇ RC 필터 동작원리

DC 성분:

AC 성분:

4) 브리지 정류 + 커패시터 전압평활 + 레귤레이터

II. EXPERIMENTS

실습도구: 함수발생기, 오실로스코프(2채널), 다이오드, 저항, 커패시터

1. 다이오드 반파정류 회로

주의사항:

- Source로서 함수발생기 사용

-는 함수발생기 내부저항을 나타내므로 회로에서 사용할 필요 없음. 함수발생기 오프셋 전압이 0인지 확인

- 함수발생기의 접지(GND; 동축선의 외부도체)와 오실로스코프의 접지를 동일점에 연결

- 함수발생기: 회로에 연결하지 말고 오실로스코프에 연결하여 10 Vpp 확인 후 연결

1) 오실로스코프로 동시에 관측

설정: DC 커플링. 채널 1 = (2 V/div, DC 커플링), 채널 2 = (2 V/div, DC 커플링), time base = 0.1 ms/div

- 파형 도시

- 최대값 = ( ) V

- 최대값 = ( ) V

2. 다이오드 반파정류 회로 + 커패시터 평활 회로

(전해커패시터 극성이 맞게 연결)

주의: 는 함수발생기 내부저항을 나타내므로 회로에서 사용할 필요 없음.

1) 오실로스코프로 동시에 관측

설정: DC 커플링. 채널 1 = (2 V/div, DC 커플링), 채널 2 = (2 V/div, DC 커플링), time base = 0.1 ms/div

- 파형 도시

- 최대값 = ( ) V

- 최대값 = ( ) V

2) 오실로스코프로 동시에 관측

설정: DC 커플링. 채널 1 = (2 V/div, DC 커플링), 채널 2 = (10 mV/div, AC 커플링), time base = 0.1 ms/div

- 리플전압 (peak-to-peak) = ( ) mV

3. 다이오드 반파정류 회로 + 커패시터 평활 회로

(전해커패시터 극성이 맞게 연결)

주의: 는 함수발생기 내부저항을 나타내므로 회로에서 사용할 필요 없음.

1) 오실로스코프로 동시에 관측

설정: DC 커플링. 채널 1 = (2 V/div, DC 커플링), 채널 2 = (2 V/div, DC 커플링), time base = 0.1 ms/div

- 파형 도시

- 최대값 = ( ) V

- 최대값 = ( ) V

2) 오실로스코프로 동시에 관측

설정: DC 커플링. 채널 1 = (2 V/div, DC 커플링), 채널 2 = (2 V/div, DC 커플링), time base = 0.1 ms/div

- 파형 도시

- 최대값 = ( ) V

- 최대값 = ( ) V

3) 오실로스코프로 동시에 관측

설정: DC 커플링. 채널 1 = (2 V/div, DC 커플링), 채널 2 = (20 mV/div, AC 커플링), time base = 0.1 ms/div

- 리플전압 (peak-to-peak) = ( ) mV

4) 오실로스코프로 동시에 관측

설정: DC 커플링. 채널 1 = (2 V/div, DC 커플링), 채널 2 = (10 mV/div, AC 커플링), time base = 0.1 ms/div

- 리플전압 (peak-to-peak) = ( ) mV