다이오드 정류회로를 이용한 직류전원장치 실험

본 내용은 " 14주차 결과 보고서 12장 다이오드 정류회로를 이용한 직류전원장치 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.06.09

문서 내 토픽

• 1. 변압기 입출력 전압 측정

  교류 220V 전원을 변압기 1차측에 연결하여 오실로스코프를 이용해 1차측 입력전압과 2차측 출력전압의 파형을 측정한다. 1차측 진폭 311V, 2차측 진폭 30.6V로 측정되었으며, 진폭비 10:1은 변압기의 권선비 11:1과 비교하여 기록된다. 이를 통해 변압기의 전압 변환 특성을 확인할 수 있다.

• 2. 반파 정류기 회로

  반파 정류기는 입력 교류 신호의 양의 반주기만 통과시키고 음의 반주기는 제거한다. 다이오드의 문턱전압을 무시할 때, 직류성분 크기는 V_avg = (V_p - V_th)/π로 계산된다. 실험에서 입력신호 진폭 30.6V에 대해 멀티미터 측정값 9.5V, 계산값 11.15Vrms가 기록되었다.

• 3. 전파 정류기 회로

  전파 정류기는 입력 신호의 양의 반주기와 음의 반주기 모두를 양의 방향으로 변환한다. 반파 정류기 대비 주파수가 2배가 되며, 직류성분 크기는 V_avg = 2(V_p - 2V_th)/π로 계산된다. 입력신호 진폭 30.6V에 대해 멀티미터 측정값 17.7V, 계산값 18.6V가 기록되었다.

• 4. 정류필터 및 맥동전압 감소

  전파정류 출력단에 전해커패시터를 연결하여 맥동전압을 감소시킨다. 100μF 커패시터 사용 시 맥동전압 2.40V, 470μF 사용 시 800mV, 부하저항 2kΩ 사용 시 400mV가 측정되었다. 맥동전압은 V_r ∝ 1/(R_L·C) 관계식을 따르며, 커패시터 용량과 부하저항에 반비례한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 변압기 입출력 전압 측정

  변압기의 입출력 전압 측정은 전력 시스템의 기본적이고 중요한 작업입니다. 정확한 전압 측정을 통해 변압기의 성능을 평가하고 권선비를 검증할 수 있습니다. 디지털 멀티미터나 오실로스코프를 사용하여 AC 전압을 측정할 때는 측정 범위 설정과 접지 안전성이 매우 중요합니다. 입력 전압과 출력 전압의 비율을 통해 변압기의 효율성을 판단할 수 있으며, 이상적인 변압기에서는 권선비와 전압비가 일치합니다. 실제 측정에서는 부하 조건, 온도, 측정 기구의 정확도 등 여러 요소가 결과에 영향을 미치므로 신중한 접근이 필요합니다.

• 2. 반파 정류기 회로

  반파 정류기는 가장 단순한 정류 회로로, 다이오드 하나만으로 AC 신호의 절반만을 DC로 변환합니다. 구조가 간단하고 비용이 저렴하다는 장점이 있지만, 출력 전압의 맥동이 크고 효율이 낮다는 단점이 있습니다. 반파 정류기의 출력은 높은 리플 전압을 포함하고 있어 필터링이 필수적입니다. 실제 응용에서는 전력 손실이 크고 변압기 활용도가 낮아 대부분의 경우 전파 정류기로 대체됩니다. 그러나 교육 목적이나 저전력 응용에서는 여전히 유용하며, 정류 원리를 이해하는 데 좋은 기초가 됩니다.

• 3. 전파 정류기 회로

  전파 정류기는 다이오드 4개를 브릿지 구성으로 배치하여 AC 신호의 전체 주기를 DC로 변환합니다. 반파 정류기 대비 출력 전압이 2배이고 맥동이 적어 효율이 훨씬 우수합니다. 변압기의 중앙탭이 필요 없어 설계가 유연하며, 실제 전원 공급 장치에서 가장 널리 사용되는 방식입니다. 다이오드의 순방향 강하로 인한 전압 손실이 약 1.4V 발생하지만, 이는 일반적으로 무시할 수 있는 수준입니다. 전파 정류기의 출력도 여전히 상당한 리플을 포함하므로 효과적인 필터링이 필요하며, 이를 통해 안정적인 DC 전원을 얻을 수 있습니다.

• 4. 정류필터 및 맥동전압 감소

  정류 회로의 출력에는 DC 성분과 함께 AC 리플 성분이 포함되어 있으며, 이를 제거하기 위해 필터가 필수적입니다. 커패시터 필터는 가장 간단하고 효과적인 방법으로, 충방전을 통해 맥동 전압을 크게 감소시킵니다. 커패시터의 용량이 클수록 리플이 작아지지만, 크기와 비용이 증가합니다. LC 필터나 RC 필터를 사용하면 더욱 효과적인 리플 제거가 가능하며, 특히 LC 필터는 고주파 성분을 효과적으로 감쇠시킵니다. 현대에는 레귤레이터 IC를 사용하여 더욱 안정적이고 정확한 출력 전압을 얻을 수 있습니다. 필터 설계 시 부하 전류, 출력 임피던스, 응답 속도 등을 종합적으로 고려해야 합니다.