단상 반파 정류 회로 공식 - dansang banpa jeonglyu hoelo gongsig

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이번 포스팅에서는 반파정류회로, 전파정류회로, 브릿지정류회로, 피크정류회로 총 4가지의 정류회로에대해서 포스팅하겠습니다. 먼저 정류회로에대한 개념에대해 설명드리겠습니다.

정류회로(정류기)의 개념

정류란 전류를 한 방향으로만 흐르도록 만드는 것을 의미합니다. 즉, 시간에 따라 변하는 교류신호를 다이오드의 특징을 이용해서 전류의 흐름을 컨트롤 하는 회로들을 정류회로(정류기)라고 합니다. 다이오드를 이용한 정류회로에서 PIV라는 개념이 나옵니다.

PIV( Peak Inverse Voltage)는 최대 역전압으로 회로내에서 차단도니 다이오드에 걸리는 최대 역전압을 의미합니다. 즉, 정류기 회로를 해석했을 때 차단된 다이오드 양단에 역방향으로 특정전압이 걸릴 때 그 전압을 PIV라고 합니다. 

여기서 PIV가 높다는 것은 그만큼 다이오드에 역방향으로 높은 전압이 걸린다는 의미이고, 이 역방향 전압이 항복전압보다 크면 다이오드는 항복현상 (Breakdown)이 발생합니다. 이러한 이유에서 PIV가 낮은 정류기가 성능이 좋고 안정성이 높은 정류기라고 할 수 있습니다.

[ 반파 정류회로 ]

반파 정류기는 입력의 반주기만을 출력하는 정류기입니다. vs가 0.7V이상의 값이 되면 다이오드가 도통되어 출력신호가 나올 수 있습니다. 반대의 경우에는 다이오드가 차단되어 신호가 나오지 못하게 됩니다. 그래프에서도 그 모습을 정확하게 확인할 수 있습니다. 그래프의 최댓값에서 0.7V만큼 줄어든 값이 신호로 출력이되는것을 확인할 수 있죠. 여기에서 PIV를 구해보면

PIV = (vo-vs)의 최댓값 = Vs

[ 전파 정류회로 ]

전파 정류기의 경우는 전압의 값이 0보다 클 때, 다이오드 D1이 도통되고, D2는 차단되어 저항 R에 전류가 흐릅니다. 반대로 전압의 값이 0보다 작을 때, 다이오드 D1이 차단되고, D2가 차단되어 저항 R에 전류가 흐릅니다. 이렇게 다이오드 D1과 D2가 번갈아가면서 전류를 출력으로 내보낼 수 있기 때문에 음의 영역에서도 신호를 정류하여 내보낼 수 있습니다. PIV는 아래와 같이 구합니다.

1. D1 도통, D2 차단

PIV = Vs-VD-(-Vs) = 2Vs-VD

2. D1 차단, D2 도통

PIV = Vs-VD-(-Vs) = 2Vs-VD

전파 정류기의 경우 PIV가 반파정류기의 약 2배입니다. PIV가 크면 다이오드가 항복영역으로 들어갈 수 있기 때문에, 좋지않습니다. 하지만 더 촘촘하고 직류에 가까운 신호로 정류할 수 있기때문에, 정류의 측면에서는 전파정류기가 더 유리하다고 말씀드릴 수 있습니다.

[ 브릿지 정류회로 ]

동작원리는 다음과 같습니다.

vs가 양의 전압일 때, 다이오드 D1과 D2가 도통되어 저항 R양단에 전류가 흐릅니다. 반대로 음의 전압일 경우에는 다이오드 D3과 D4가 도통되어 전류가 흐릅니다. 브릿지 정류기 역시 전파정류기처럼 다이오드들이 번갈아가며 도통되기 때문에 반파정류기보다 두 배의 정류효율을 가지고있습니다. 그리고 PIV값이 작기때문에 전파정류기의 단점을 보완할 수 있습니다. 하지만 다이오드가 4개 사용되기 때문에 제작비용이 전파정류기보다는 많이 들어가게됩니다.

브릿지 정류기 PIV

1. D1과 D2가 도통된 경우

Vs-VD

2. D3와 D4가 도통된 경우

Vs-2VD

[ 피크 정류회로 ]

피크 정류기는 입력신호의 피크값을 따라 신호를 정류하기 때문에 이름을 피크정류기라고 부릅니다. 다이오드가 도통되어 저항 R에 전류가 흐를 때, 커패시터 역시 같이 충전됩니다. 이 후, 다이오드가 차단되면 충전되었던 커패시터의 전압이 방전되면서 저항 R에 걸려있던 전압역시 같이 감소합니다.

피크 정류기가 최대한 직류와 같은 신호를 내기 위한 조건

1. 주기 T를 짧게 설정합니다.

2. 위 그래프에서 Vr을 리플전압이라고 부르며, 이 리플전압의 값이 작을 수록 좋습니다.

리플 전압을 줄이기 위해 시정수 RC값을 키우면됩니다.

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