소개글
"기초전자회로실험 실험 9,10 예비보고서 (직류회로 설계 , 전압분할 회로"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 개요
2. 이론 조사
2.1. 반파정류회로
2.2. 전파정류회로
2.3. 커패시터 필터
2.4. 전압체배회로
3. 실험 기기
4. 예비보고서 문제 풀이
4.1. 다이오드 방향 변경 시 출력파형
4.2. 커패시터 필터 추가 시 출력파형
4.3. 무부하 상태 회로 동작
4.4. 브릿지 회로 출력전압 평균치 계산
4.5. 맥동전압이 클 경우 식 (1) 오차 원인
4.6. 출력전압 맥동과 평균치 계산
4.7. 출력전압 맥동 10% 이내 커패시터 용량
4.8. 반파/전파 2체배회로 동작 설명
5. 실험 순서
5.1. 정류회로
5.2. Y-Δ 회로변환
5.3. 중첩의 정리
5.4. 밀만의 정리
6. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 개요
기초전자회로실험의 실험 9와 10에서는 직류회로 설계와 전압분할 회로에 대해 실험하여 관련 이론을 이해하고 실험적으로 확인하고자 한다. 실험 9에서는 정류회로, Y-Δ 회로변환, 중첩의 정리, 밀만의 정리 등을 실험할 예정이며, 실험 10에서는 전압분할 회로의 동작과 특성을 실험할 것이다. 이를 통해 직류회로 분석에 필요한 기본 이론과 방법을 학습하고 실험 기술을 향상시킬 수 있을 것이다. []
2. 이론 조사
2.1. 반파정류회로
다이오드는 어느 한 방향으로만 전류를 흘릴 수 있는 특성을 지니고 있기 때문에 교류를 직류로 바꾸어주는 정류회로에 사용된다. 반파정류회로는 가장 간단한 형태의 정류회로로서 단순히 교류전원과 부하 사이에 다이오드를 직렬로 삽입한 형태이다. 변압기는 일반적인 교류전원을 필요한 만큼의 크기로 낮추어주기 위해 사용되지만, 정류회로 동작을 위하여 변압기가 반드시 필요한 것은 아니다. 변압기의 2차측 단자 a와 b 사이의 전압 v는 정현파 교류의 모양을 지닌다. v가 양인 구간 동안에는 다이오드가 도통하여 부하저항 RL 양단(p와 n 사이)에는 v와 동일한 파형이 나타나 vL = v가 되지만(실제로는 전원측 전압에서 다이오드의 전압 강하만큼을 뺀 값이 된다) v가 음인 구간에서는 다이오드에 의해 전류가 차단되기 때문에 vL = 0이 된다. 따라서 부하전압은 항상 0보다 같거나 큰 전압으로 되며 평균적으로 직류가 된다.
반파회로의 경우 입력 전압이 음전압으로 걸렸을 때 출력전압이 0이 나온다. 그러면 그 상태에서 정류를 이어나가면 음전압일 때의 전력이 낭비된다. 그래서 음전압일 때도 양의 출력값을 갖게 하는 회로를 전파정류회로라고 한다. 가장 효과적인 전파정류회로가 바로 브릿지정류 회로이다. 브릿지정류회로는 다이오드를 4개를 사용해 양전압이든 음전압이든 부하에는 항상 같은 방향의 전류가 흐르게끔 한다.
2.2. 전파정류회로
전파정류회로는 교류를 직류로 변환하는 가장 효과적인 방법이다. 브릿지 회로라고도 불리는 전파정류회로는 4개의 다이오드로 구성되어 있다. 입력신호의 양의 반주기와 음의 반주기를 모두 활용하여 출력전압을 생성하므로, 반파정류회로에 비해 맥동이 작고 효율이 높다. 브릿지 회로에서는 양의 반주기일 때와 음의 반주기일 때 서로 다른 경로로 전류가 흐르지만, 부하에는 항상 같은 방향의 전류가 흐르게 된다. 이를 통해 반파정류회로의 단점인 전력 손실을 보완할 수 있다. 또한 반파정류회로와 달리 브릿지 회로는 입력전압의 극성과 무관하게 동작한다. 따라서 전파정류회로는 효율적이고 신뢰성 높은 정류회로 구현에 유리하다. 브릿지 회로의 출력전압은 입력전압의 실효값의 약 0.9배 수준으로 나타나며, 맥동이 반파정류회로의 약 절반 수준에 그친다. 이러한 이점으로 인해 전파정류회로는 전기기기, 전력전자 시스템 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다.
2.3. 커패시터 필터
커패시터 필터는 전원공급장치의 필터로 사용되어 반파 또는 전파정류기의 출력전압의 변동을 줄여 거의 일정한 레벨의 직류전압을 만든다. 이러한 필터는 커패시터 또는 인덕터의 조합으로 구성되며, 전원공급장치에서 사용되는 필터의 개념도는 그림 3과 같다. 커패시터 필터는 정류된 교류전압에 걸쳐 연결되어 맥동 전압을 평활화한다. 부하에 공급되는 전압은 정류 출력전압의 맥동 전압을 줄여 거의 순수한 직류전압이 된다. 필터의 용량이 클수록 맥동 전압은 작아지지만 회로가 복잡해지고 비용이 증가하므로 적정 수준의 용량을 선택해야 한다. 이때 부하의 전력 소모량에 따라 필터 용량을 조절하여야 한다. 부하의 전력 소모량이 클수록 필터 용량을 크게 해야 한다. 또한 정류 회로 방식에 따라서도 필터 용량이 달라진다. 전파 정류 회로의 경우 반파 정류 회로에 비해 출력전압의 맥동이 작으므로 필터 용량을 상대적으로 작게 할 수 있다. 이와 같이 커패시터 필터는 출력전압의 맥동을 줄여 안정된 직류전압을 공급하는 역할을 수행한다.
2.4. 전압체배회로
교류를 직류로 바꾸면서 동시에 전압을 입력전압 최대치의 정수배로 체배시키는 회로를 전압체배회로(voltage mul...
참고 자료
광운대학교 전기공학과, 교류및전자회로실험, 41-49p.
김동식, 『 PSpice로 배우는 전자회로실험 』, (경기도 파주 : 생능출판사, 2023)
광운대학교 전기공학과, 전기공학실험, 79p-87p
[네이버 지식백과] 저항기를 이용한 브릿지(bridge) 회로 (최신자동차공학시리즈 3 - 첨단자동차전기전자, 2012. 9. 5., 김재휘), https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1982257&cid=42331&categoryId=42334
위키백과, Y-Δ 변환, https://ko.wikipedia.org/wiki/Y-%CE%94_%EB%B3%80%ED%99%98
위키백과, 중첩의 원리, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A4%91%EC%B2%A9_%EC%9B%90%EB%A6%AC
[네이버 지식백과] 밀만의 정리, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=755209&cid=42341&categoryId=42341
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10