전자공학실험 2장 PN 정류회로 A+ 결과보고서

문서 내 토픽

• 1. 반파 정류회로

  실험회로 1([그림 2-12])에서, v_s에 피크 값이 5V이고 주파수가 100Hz인 정현파를 인가한다. 부하 저항 R에 10kΩ을 연결하고, 입력 v_s와 출력 V_O의 파형을 측정해서 [그림 2-22]에 기록하였다. [그림 2-22]의 파형으로부터 출력 V_O의 평균값(root mean square)을 구하였다. 실험 중 오류를 발견했는데, 실험회로 1에 대해 사인파를 가해줄 때 waveform generator의 Amp를 10V가 아닌 5V로 설정해줬음을 깨닫게 되었다. 따라서 V_m값 또한 원래 나와야 맞는 값이 아닌 다른 값이 나오긴 했으나, 실험을 잘 수행했다면 1.98V의 2배 이상인 약 4V이상의 값이 출력됐을 것이라 예상한다.

• 2. 피크 정류회로

  실험회로 1의 출력에 커패시터 10uF의 C를 병렬로 연결해서 실험회로 2([그림 2-13])와 같은 피크 정류기를 구성한다. V_s에 피크값이 5V이고 주파수가 100Hz인 정현파를 인가한다. 부하 저항값을 100Ω, 1kΩ, 10kΩ, 100kΩ으로 바꿔가면서, 입력 v_S와 출력 V_O의 파형을 측정해서 [그림 2-23]에 각각 기록하였다. [그림 2-23]의 파형으로부터 출력 V_O의 리플(ripple)값과 평균값을 구하여 [표 2-1]에 기록하였다.

• 3. 브리지 정류회로

  브리지 정류 회로 실험은 우리가 가진 실험 장비로는 적합한 입력 전압을 줄 수 없어 실험을 진행할 수 없었다. 이에 따라 결과보고서 작성에는 브리지 정류회로 실험을 포함하지 않는다.

• 4. 정류기 출력의 비선형성

  다이오드는 V_DO가 0이 아니기 때문에 비선형 소자가 되고, 이러한 다이오드를 이용한 정류기 회로도 비선형성을 띄게 된다. 반파 정류회로와 피크 정류회로의 파형을 보면 입력과 출력이 비례하지 않을 알 수 있고 실험을 통해서도 확인하였다.

• 5. 피크 정류기의 R, C 값과 리플의 크기 관계

  리플전압은 V_R = V_P / (fRC)이기 때문에 리플 전압은 회로의 주파수, 저항, 커패시터 값에 반비례함을 알 수 있고, 따라서 피크 정류기의 R, C값이 커질수록 리플의 크기는 감소한다. 하지만 리플을 줄이기 위해 R, C를 키우게 되면 회로에 원하는 전류를 흘리기 위해 더 많은 전압을 인가해야 하고, C가 증가하면 C의 임피던스가 작아져 C에 걸리는 전압이 작아지게 된다.

• 6. 실험을 통해 배운 점

  전자회로 1에서 배운 다이오드의 특성을 실험을 통해 확인하고 이러한 다이오드를 이용한 반파 정류회로와 피크 정류회로의 동작원리를 실험을 통해 이해하였다. 실험 중 발생한 문제를 해결하기 위해 실험 전 항상 저항 값을 측정하는 습관을 들이고 브레드 보드에 소자들이 잘 연결되었는지 다시 한번 확인하는 절차를 거쳐야 한다는 깨달음을 얻게 되었다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 반파 정류회로

  반파 정류회로는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 가장 기본적인 정류 회로입니다. 이 회로는 한 개의 다이오드를 사용하여 교류 전압의 한 반주기 동안만 전류를 통과시킵니다. 이로 인해 출력 전압은 교류 전압의 한 반주기만 나타나게 됩니다. 반파 정류회로는 구조가 간단하고 구현이 쉽다는 장점이 있지만, 출력 전압의 리플이 크고 효율이 낮다는 단점이 있습니다. 따라서 실제 응용 분야에서는 피크 정류회로나 브리지 정류회로와 같은 보다 발전된 정류 회로가 주로 사용됩니다.

• 2. 피크 정류회로

  피크 정류회로는 반파 정류회로에 비해 출력 전압의 리플이 작고 효율이 높습니다. 이 회로는 두 개의 다이오드를 사용하여 교류 전압의 양의 반주기와 음의 반주기 모두를 정류합니다. 따라서 출력 전압은 교류 전압의 전체 주기에 걸쳐 나타나게 됩니다. 피크 정류회로는 전압 변환기, 전원 공급장치, 계측기 등 다양한 전자 회로에 널리 사용됩니다. 다만 회로 구성이 반파 정류회로보다 복잡하다는 단점이 있습니다. 따라서 응용 분야에 따라 적절한 정류 회로를 선택해야 합니다.

• 3. 브리지 정류회로

  브리지 정류회로는 피크 정류회로와 유사한 구조를 가지지만, 다이오드의 배치가 다릅니다. 브리지 정류회로는 4개의 다이오드를 사용하여 교류 전압의 양의 반주기와 음의 반주기 모두를 정류합니다. 이로 인해 출력 전압의 리플이 작고 효율이 높습니다. 또한 브리지 정류회로는 입력 전압의 극성에 관계없이 동작할 수 있다는 장점이 있습니다. 따라서 전원 공급장치, 배터리 충전기, 전기 자동차 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 다만 회로 구성이 복잡하고 다이오드 개수가 많다는 단점이 있습니다.

• 4. 정류기 출력의 비선형성

  정류기 출력의 비선형성은 정류 회로의 중요한 특성 중 하나입니다. 정류기 출력 전압은 입력 전압의 크기에 따라 비선형적으로 변화합니다. 이는 다이오드의 특성 때문에 발생하는 현상입니다. 다이오드는 순방향 전압이 일정 값 이상이 되어야 전류가 흐르기 시작하는 비선형 소자입니다. 따라서 정류기 출력 전압은 입력 전압의 크기에 따라 비선형적으로 변화하게 됩니다. 이러한 비선형성은 정류기 회로의 설계 및 분석에 있어 중요한 고려 사항이 됩니다. 특히 정밀한 전압 제어가 필요한 응용 분야에서는 이 특성을 반드시 고려해야 합니다.

• 5. 피크 정류기의 R, C 값과 리플의 크기 관계

  피크 정류기의 출력 전압 리플은 부하 저항 R과 평활 커패시터 C의 값에 의해 결정됩니다. 일반적으로 R 값이 작을수록, C 값이 클수록 리플의 크기가 감소합니다. 이는 부하 저항이 작을수록 전류가 크게 흐르고, 커패시터가 클수록 전하를 더 많이 저장할 수 있기 때문입니다. 따라서 리플을 최소화하기 위해서는 R을 작게, C를 크게 설계해야 합니다. 하지만 R과 C 값을 무한정 늘릴 수는 없으며, 회로의 크기, 비용, 응답 속도 등 다른 요소들도 고려해야 합니다. 따라서 응용 분야와 요구 사항에 따라 적절한 R, C 값을 선택해야 합니다.

• 6. 실험을 통해 배운 점

  이번 실험을 통해 다양한 정류 회로의 특성과 동작 원리를 실제로 확인할 수 있었습니다. 특히 반파 정류회로, 피크 정류회로, 브리지 정류회로의 출력 전압 파형과 리플 특성을 관찰하면서, 각 회로의 장단점을 이해할 수 있었습니다. 또한 정류기 출력의 비선형성과 R, C 값이 리플에 미치는 영향을 실험적으로 확인하면서, 이론 수업에서 배운 내용을 실제로 적용해볼 수 있었습니다. 이를 통해 정류 회로의 설계 및 분석에 필요한 실무적인 지식과 경험을 쌓을 수 있었습니다. 앞으로 이러한 실험 경험을 바탕으로 다양한 전자 회로 설계 및 분석 능력을 향상시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.