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능동 다이오드 회로 실험

실험보고서(예비)(실험 21. 능동 다이오드 회로 실험)실험반 :과목 : 전자회로실험2담당교수 :담당조교 :제출일(결과) :제출자 :예비점수목 차21.1 실험개요21.2 실험 원리 학습21.2.1 능동 다이오드 회로(1) 포화 능동 반파정류회로(2) 비포화 능동 반파정류회로(3) 능동 전파정류회로(4) 능동 피크값 검출회로21.3 시뮬레이션 학습21.3.1 포화 능동 반파정류회로21.3.2 비포화 능동 전파정류회로21.3.3 능동 전파정류회로21.3.4 능동 피크값 검출회로21.4 실험기기 및 부품21.5 실험방법Chapter 21능동 다이오드 회로 실험21.5.1 능동 반파정류회로 실험21.5.2 능동 전파정류회로 및 피크값 검출회로 실험21.6 참고문헌21.1 실험개요본 실험은 연산증폭기를 이용한 반파정류, 전파정류회로 및 피크값 검출회로들의 동작원리를 이해하고 이를 실험적으로 확인한다.21.2 실험원리 학습실21.2.1 능동 다이오드 회로능동 소자(Active Element)는 전원으로부터의 에너지를 사용해 신호 에너지를 발생시키는 에너지 변환을 하는 소자로 신호의 증폭 및 주파수 변환 적용에 사용된다. 능동소자는 단독으로 사용되기는 힘들고 주위에 수동소자가 있어야 하며 2개 이상의 소자를 한 개의 부품 안에 집적해 놓은 것을 IC라고 한다. 능동소자는 전류나 전압이 인가되어야 동작 사태가 결정되며 부하저항과 전원을 포함한 전자관이나 트랜지스터, IC 등이 능동소자에 속한다. 이번 실험을 통해 능동 회로는 어떤 특성을 갖는지 알아본다.(1) 포화 능동 반파정류회로아래 [그림 21-1]의 회로에서 비반전 입력단자에 인가되는V _{i`n}이 양으 값을 가질 때, 연산증폭기의 출력은 양으 값을 가지기 때문에 다이오드D가 도통상태가 된다. 이때 연산증폭기의 구성은 전압플로어가 되므로 다이오드 양단전압을 무시하면 입력전압과 거으 같은 전압이 출력단에 나타난다.또한V _{i`n}이 음의 값을 가질 때 연산증폭기의 출력은 음의 값을 가지기 때문에 다이오드D는 차단상태가 된다. 따라서 부하저항R은 연산증폭기로부터 분리되어 출력전압V _{out}은 0이 된다.[그림 21-1] 포화 능동 반파정류회로반파정류회로에서 다이오드를 도통시키기 위해 입력전압이 0.7V보다는 크다는 가정하에 반파정류회로를 구성한다. 만일 입력전압의 진폭이 0.7V보다 작다면 다이오드가 언제나 차단상태에 있기 때문에 정류작용은 일어나지 않는다. 그러나 위의 [그림 21-1]의 반파정류회로는 입력전압V _{i`n}의 진폭이 0.7V 이하라 하더라도 반파정류작용이 가능하다. 그 이유는 연산증폭기의 개방루프 이득이 매우 크기 때문이다. 예를들어 개방루프 이득이 100,000이라 하면 다이오드를 도통상태로 만들기 위한 입력전압V _{i`n}의 크기는0.7V/100,000=7 muV의 진폭을 가지는 입력전압에 대하여 반파정류작용이 가능하며, 이때 연산증폭기는 포화상태를 유지하므로 포화 능동 반파정류회로라 부른다.(2) 비포화 능동 반파정류회로연산증폭기를 포화시키지 않으면서 반파정류작용을 할 수 있는 회로를 아래 [그림 21-2]에 도시하였다. 이 회로의 동작원리를 살펴보면 다음과 같다.[그림 21-2] 비포화 능동 반파정류회로①V _{i`n} >0일 경우 연산증폭기의 반전입력은 양의 값을 가지므로 연산증폭기으 출력은 음의 값이 된다. 다 이오드D _{1}에는 역방향 바이어스가 걸리고, 다이오드D _{2}는 순방향 바이어스가 걸리게 된다. 따라서 이 회 로는 반전증폭기와 같은 동작을 하기 때문에 출력전압V _{out}은(-R _{f} /R _{i} )V _{i`n}이 된다.②V _{i`n} 0일 경우 반전증폭기의 이득을 1이 되도록R _{i} =R _{f}으로 조정한다면 [그림 21-2]의 회로는 반파정류작용을 할 수 있게 된다. 또한, 회로는 연산증폭기의 반전증폭기 특성을 이용하면서 연산증폭기가 포화되지는 않기 때문에 비포화 능동 반파정류기라 부른다.(3) 능동 전파정류회로아래[그림 21-3]에 연산증폭기를 이용한 능동 전파정류회로를 도시하였다. [그림 21-3]의 왼쪽 부분은 앞에서 학습한 비포화 반파정류회로이고 오른쪽 부분은 반전 가산회로이다. 이 회로의 동작 원리는 다음과 같다.[그림 20-3] 능동 전파정류회로 ①V _{i`n} 0인 경우 왼쪽 부분으 반파정류기의 출력은-V _{i`n}이 되어 반전 가산회로에 하나으 입력으로 인가 되는데 우측의 반전 가산증폭기를 구성하는 2개의 저항값이R/2과R이므로-V _{i`n}에 대한 이득은 ?2가 되어 출력은2V _{i`n}이 된다. 하지만 바깥쪽의 2개의 저항을 통해V _{i`n}이 가산회로의 반전입력단자에 동시에 인가되므로 이에대한 출력은-V _{i`n}이 된다. 따라서 중첩의 원리에 의해 반전 가산증폭기의 출력전압V _{out} =V _{i`n}이 된다.설명한 내용을 종합하면 입력V _{i`n}이 양의 값을 가지면 출력은 입력과 동일하게 나타나고, 입력V _{i`n}이 음의 값을 가지면 출력은 입력이 반전되어 나타나므로 전파정류동작을 하게된다.(4) 능동 피크값 검출회로능동 피크값 검출기는 입력파형의 최댓값이 직류출력전압으로 나타나는 회로이다. 최댓값이 5V인 정현파가 입력되면 출력은 5V 직류값을 출력한다. 능동 피크값 검출기는 능동 반파정류기 출력단에 캐패시터를 dusrufg여 구현할 수 있으며 이를 아래 [그림 21-4]에 도시하였다.[그림 20-4] 능동 피크값 검출기반파정류된 파형이 캐패시터 필터에 연결된 형태이므로 피크값을 검출할 수 있게 된다. 출력단에 있는 캐패시터는 반파정류된 파형의 피크값까지 충전되면, 다이오드가 역방향으로 바이어스되기 때문에 궤환 루프가 끊어지게 된다. 이때 캐패시터에 충전된 전압이 부하저항을통해 방전하게 되면서 다이오드의 음극(K)에 걸려있는 전압과 입력전압V _{i`n}과 같아지는 순간에 다시 다이오드는 도통상태로 되어 캐패시터를 충전하게 된다. 캐패시터가 다시 피크값까지 충전되면 다이오드가 역방향으로 바이어스 되어 궤환루프가 끊어지게 되며 캐패시터는 부하저항을 통해 방전하게 된다. 결국 이와 같은 과정을 반복하면서 피크값 검출기로서의 동작을 수행하게 된다.그러나 위의 [그림 20-4]의 능동 피크값 검출기에서는 캐패시터는 부하저항R _{L}에 의해 방전되므로 시간이 지남에 따라 피크값이 감소하게 된다. 방전시간을 충분히 길게 하기 위해서는 입력임피던스가 매우 큰 전압플로어를 캐패시터와 부하 사이에 연결하면 피크값 검출 효과가 개선되며 리플도 현저하게 줄일 수 있게 된다. 이를 아래 [그림 20-5]에 도시하였다.[그림 20-5] 전압플로어를 이용한 능동 피크값 검출기21.3 시뮬레이션 학습실21.3.1 포화 능동 반파정류회로포화 능동 반파정류회로의 입출력 특성을 살펴보기 위하여 아래 [그림 21-6]의 회로에 대하여 Multisim 시뮬레이션을 수행한다.[그림 21-6] 포화 능동 반파정류회로[그림 21-6]의 회로에 대한 Multisim 시뮬레이션 결과를 다음에 도시하였다.[그림 21-7] 포화 능동 반파정류회로의 출력21.3.2 비포화 능동 반파정류회로비포화 능동 반파정류회로의 입출력 특성을 살펴보기 위하여 아래 [그림 21-8]의 회로에 대하여 Multisim 시뮬레이션을 수행한다.[그림 21-8] 비포화 능동 반파정류회로[그림 21-8]의 회로에 대한 Multisim 시뮬레이션 결과를 다음에 도시하였다.[그림 21-9] 비포화 능동 반파정류회로의 출력21.3.3 능동 전파정류회로능동 전파정류회로의 입출력 특성을 살펴보기 위하여 아래 [그림 21-10]의 회로에 대하여 Multisim 시뮬레이션을 수행한다.[그림 21-10] 능동 전파정류회로[그림 21-10]의 회로에 대한 Multisim 시뮬레이션 결과를 다음에 도시하였다.[그림 21-11] 능동 전파정류회로의 출력21.3.4 능동 피크값 검출회로

공학/기술| 2019.11.30| 13페이지| 1,000원| 조회(842)

다이오드, 전자회로, 전자회로실험보고서

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