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1. 개요
1.1. 실험 목적
실험 목적은 전기 회로 내에서 다이오드의 기초적인 작용을 이해하고 교류를 여과하고 정류하는 방법을 실험으로 알아보며, 전파 정류와 반파 정류의 차이를 이해하는 것이다. 또한 정류회로 내에서 축전기의 역할을 이해하는 것이 실험의 목적이다.
2. 이론적 배경
2.1. 다이오드의 특성
다이오드는 전기회로에서 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류 작용을 하는 핵심 부품이다. 다이오드는 전류가 한 방향으로만 흐를 수 있는 특성을 가지고 있다. 즉, 순방향으로는 낮은 저항을 가지고 있지만 역방향으로는 높은 저항을 가지고 있다. 이러한 특성을 이용하여 다이오드는 정류기로 사용될 수 있다.
다이오드 내부에는 p-n 접합이 존재한다. p형 반도체와 n형 반도체가 접합되어 있어, 전압을 가해주면 한 방향으로만 전류가 흐르게 된다. 순방향 바이어스가 걸리면 전자와 정공의 재결합이 일어나 전류가 흐르지만, 역방향 바이어스가 걸리면 전자와 정공이 서로 멀어져 전류가 흐르지 않는다.
다이오드의 전압-전류 특성 곡선을 보면, 순방향 바이어스에서는 전압이 증가함에 따라 전류가 지수함수적으로 증가하지만, 역방향 바이어스에서는 전압이 증가해도 전류가 거의 증가하지 않는다. 이를 이용하면 교류를 정류할 수 있다.
다이오드에는 다양한 종류가 존재하는데, 일반적인 p-n 접합 다이오드 외에도 발광 다이오드(LED), 정전압 다이오드, 쇼트키 다이오드 등이 있다. 이들은 각각 다른 특성을 가지고 있어 용도에 따라 적절히 사용된다.
2.2. 반파 정류
반파 정류는 다이오드의 특성을 이용하여 교류 전류를 정류하는 방법이다. 다이오드는 전류가 한 방향으로만 흐르게 하는 특성을 가지고 있는데, 이를 이용하여 교류 전류에서 한 반 사이클(반파)만을 통과시켜 직류 전류로 변환하는 것이 반파 정류 회로이다.
반파 정류 회로에서는 단일 다이오드를 사용하여 입력되는 교류 전압의 한 반 사이클(양의 반 사이클)만을 통과시킨다. 다이오드를 통과한 전압은 펄스 형태의 직류 전압이 되며, 이를 로드 저항에 인가하면 전류가 흐르게 된다. 그러나 이렇게 정류된 전압은 파형이 잘려나간 형태이기 때문에 평활하지 않고 맥동이 크다는 단점이 있다.
이를 개선하기 위해 반파 정류 회로에 축전기를 병렬로 연결하게 된다. 축전기는 전압이 높을 때 충전되고, 전압이 낮을 때 방전되면서 전압의 맥동을 줄여주는 역할을 한다. 즉, 축전기가 충전되는 동안 로드 저항에 전류를 공급하고, 전압이 낮아질 때 축전기가 방전되면서 전압의 변동을 완화시켜 줌으로써 보다 평활한 직류 전압을 얻을 수 있게 된다.
또한 반파 정류 회로에 추가로 로드 저항을 병렬로 연결하면, 축전기의 방전 시간 상수를 조절할 수 있어 전압의 변동 폭을 더욱 줄일 수 있다. 로드 저항이 작을수록 축전기의 방전이 빨리 일어나 전압 변동이 크지만, 로드 저항이 클수록 축전기의 방전이 더디어 전압 변동이 작아진다.
따라서 반파 정류 회로는 다이오드의 단방향 전류 흐름 특성을 이용하여 교류를 정류하고, 축전기와 로드 저항을 추가하여 전압의 맥동을 줄이는 구조로 이루어져 있다. 이를 통해 보다 안정적인 직류 전압을 얻을 수 있다.
2.3. 전파 정류
전파 정류는 교류 신호의 양의 반 사이클과 음의 반 사이클을 ...
