| English | 의미 |
|---|---|
| diodes/ˈdaɪəʊdz/ | 다이오드 |
| capacitor/kəˈpæsɪtə/ | 콘덴서 |
| rectification/ˌrektɪfɪˈkeɪʃn/ | 정류 |
| smoothing/ˈsmuːðɪŋ/ | 부平滑 |
| ripple/ˈrɪpl/ | 리플 |
| forward-biased/ˈfɔːwəd ˈbaɪəst/ | 정방향 편향 |
| reverse-biased/rɪˈvɜːs ˈbaɪəst/ | 역방향 편향 |
| bridge rectifier/brɪdʒ ˈrektɪfaɪə/ | 브리지 정류기 |
휴대폰 충전기 내부
- 휴대폰 충전기는 초당 50번 극성이 바뀌는 mains 교전 전압을 받아 휴대폰에 일정한 $5\ \text{V}$을 공급합니다.
- 이 두 것 사이에는 이 수업의 구성 요소들이 정확히 자리 잡고 있습니다: 극성 변경을 막기 위한 다이오드(diodes) 와 남은 파형을 매끄럽게 만들기 위한 콘덴서(capacitor).
- 정류(rectification) 는 교전 전류를 직류(단방향) 전류로 변환하는 것입니다. 이것이 표기된 정의입니다.
- 平滑(smoothing) 은 이후 부하 양단에 콘덴서를 연결하여 정류된 출력의 리플( ripple )을 줄이는 것입니다.
다이오드의 역할
- 다이오드는 정향 편향(forward-biased) 상태일 때만 전류를 흐르게 합니다: 심볼 삼각형의 평평한 끝인 양극(anode)이 바(bar)인 음극(cathode)보다 더 양(positive)일 때입니다.
- 그렇지 않으면 역향 편향(reverse-biased) 상태가 되어 열린 스위치처럼 동작합니다.
- 이를 이상적(ideal) 으로 취급하십시오: 한 방향으로는 0의 저항, 다른 방향으로는 무한의 저항.
- conventional current( conventionally defined current )은 항상 다이오드를 삼각형이 가리키는 방향으로 흐릅니다. 모든 "회로를 완성하시오" 문제는 이 하나의 규칙을 각 다이오드에 대해 순차적으로 적용하는 것입니다.
다이오드는 전류를:
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
이 단방향 특성이 다이오드를 사용하여 a.c.를 d.c.로 정류하게 합니다.
각 용어를 감점 기준에 맞는 정의와 매칭하십시오.
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
정류된 전류는 여전히 변동하지만, 방향이 반대가 never become direct current because it never reverses direction.
반주기 정류(half-wave rectification)
- 부하와 직렬로 연결된 단일 다이오드는 각 주기의 양(positive) 반주기만 통과시킵니다. 음(-) 반주기에서는 역향 편향이 되어 전류가 전혀 흐르지 않습니다.
- 출력은 길이가 같은 평평한 영점(gap) 들로 분리된 양의 반파입니다. 평균 출력 $= V_0/\pi \approx 0.32\,V_0$.
- 입력의 절반은 버려지고, 출력은 매우 고르지 않습니다.
봉우리가 있고,然后是 nothing, then 봉우리가 있음
반주기 정류(half-wave rectification)에는 ____ 다이오드가 필요합니다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
단일 다이오드는 양의 반주기를 통과시키고 음의 반주기를 차단합니다.(간격이 생김).
반주기 회로 그리기
- 전원, 직렬로 연결된 단일 다이오드, 부하, 그리고 부하 양단에 취하는 $V_{\text{OUT}}$. 삼각형은 출력 전류가 흐를 방향을 가리니다.
- 매끄러움(smoothing) 콘덴서가 필요하다면 부하와 병렬로 연결해야 하며, 절대로 직렬로 연결해서는 안 됩니다. 직렬 콘덴서는 d.c. 전체를 차단하므로 목적이 정반대가 됩니다.
회로에 하나의 다이오드, 부하 양단에 하나의 콘덴서
평활화 콘덴서는 어디에 배치해야 합니까?
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
최대값 사이에서 부하를 통해 방전되어야 하므로 병렬이어야 합니다. 직렬로 두면 d.c.를 완전히 차단하므로 목적과 반대입니다.
전주기 정류(full-wave rectification)
- 브리지 정류기(bridge rectifier) 는 네 개의 다이오드를 사용하여 입력 단자가 어느 쪽이 양(positive)이든 부하 전류가 동일한 방향으로 흐르도록 합니다.
- 출력은 간격 없이 연속적인 양의 봉우리들의 연쇄이며, 입력 주파수의 두 배입니다. 평균 출력 $= 2V_0/\pi \approx 0.64\,V_0$, 반주기 값의 두 배입니다.
- 입력의所有内容가 사용되며, 남部分是 훨씬 쉽게 매끄러울 수 있습니다.
간격이 없고, 두 배의 빈도
정류기 및 평활화 회로
교류 입력이 평활화된 직류 출력으로 변하는 과정을 관찰하십시오.
브리지(전주기) 정류기에는 몇 개의 다이오드가 있는가?
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
네 개의 다이오드, 입력 단자의 극성이 어떤 것이든 부하 전류가 항상 같은 방향으로 흐르게 배열됨.
전주기 정류된 출력은 a.c. 입력의 두 배 주파수로 반복됩니다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
두 반주기가 모두 양의 봉우리가 되므로, 출력의 리플 주파수는 입력의 두 배가 됩니다.
worked example: 브리지 설명
- 네 개의 다이오드가 어떻게 전주기 정류를 만들어내는지를 설명하십시오. 이는 표준 4점 문제이며, 다이오드 이름을 지칭하는 데 채점이 이루어집니다.
- 단자 P가 양(positive)일 때: 전류는 P를 빠져나와 P로부터 멀어지는 방향의 다이오드를 거쳐 부하의 위쪽(top) 으로 들어가고, 부하를 통해 아래로(down) 흐른 뒤, Q를 향하는 다이오드를 통해 Q로 돌아갑니다. 나머지 두 개는 역향 편향이 되어 전류가 흐르지 않습니다.
- Q가 양(positive)일 때: 다른 쌍(other pair) 이 전류를 흐르게 하지만, 그들은 여전히 전류가 부하의 위쪽(top) 으로erk도록 배열되어 있습니다.
- 따라서 부하의 전류는 두 반주기 모두에서 동일한 방향입니다. 각 반주기에서 어떤 쌍이 전류를 흐르게 하고, 부하의 어느 끝이 양(positive)인지 명시하십시오.
두 개의 다이오드가 동시에, 부하를 통해 한 방향으로 흐릅니다
브리지 정류기의 한 반주기에 대한 설명을 순서대로 배열하십시오.
난이도 3/5 · 200 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
4점 만점 답안은 각 반주파에서 전류가 흐르는 쌍을 지칭하는 데 매겨지며, '전류가 같은 방향으로 흐른다'고 말하는 것에는 매겨지지 않습니다.
브리지 완성하기
- 다이오드가 누락된 브리지가 주어졌을 때, 하나의 규칙을 사용하십시오: 양(positive) 출력 단자에 연결된 두 개의 다이오드는 그쪽으로 향(towards) 하며, 음(negative) 출력 단자에 연결된 두 개의 다이오드는 그로부터 멀어지(way away) 게 됩니다.
- 한 번에只有一个 wrong way round의 단일 다이오드는 한 반주기에 전원을 단락(short-circuits) 시키거나 아예 전류를 통과시키지 못합니다.
- 다음 단계로 넘어가기 전에 한 반주기를 루프 전체를 따라 추적하여 답을 확인하십시오.
브리지 정류기에서 양극 출력 단자에 연결된 두 다이오드는 모두 그 쪽으로 향합니다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
음극 단자에 연결된 두 다이오드는 그 방향과 반대인 밖으로 향합니다. 한 개의 다이오드가 반대로 연결되면 반주파에 전원 공급이 단락되거나 아무것도 통과시키지 못합니다.
커패시터를 이용한 평활화
- 커패시터 $C$ 부하와 병렬로 연결합니다 $R$. 각 펄스의 상승 구간에서 커패시터는 피크 값에 가깝게 충전됩니다.
- 하강 구간과 모든 간격을 통해 다이오드는 역바이어스 상태이므로, 커패시터는 부하를 통해 방전되어 전류 흐름을 유지합니다. 이 감쇠는 시간 상수 $RC$를 가집니다.
- 다음 피크에서 다시 충전됩니다. 이때 출력은 작은 움푹 파인 부분(리플)이 있는 피크 근처에 위치하며, 이 움푹 파인 부분의 크기가 바로 리플입니다.
절대 0까지 떨어지지 않으며, 절대 피크를 넘지 않습니다
정류된 출력을 평활화(sMOOTHING)하려면 콘덴서를 다음과 같이 연결합니다:
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
병렬로 연결하면 피크까지 충전된 후 피크 사이를 통해 부하를 방전하여 전압을 유지합니다.
worked example: 리플의 크기는?
- $50\ \text{Hz}$ 전원 공급 장치에서 공급받는 반파 정류 회로에 $470\ \mu\text{F}$ 커패시터가 $1.2\ \text{k}\Omega$ 하중에 병렬로 연결되어 있습니다. 피크 간 감쇠 비율을 추정하고, 브리지 회로가 어떻게 달라지는지 설명하십시오.
- 반파 정류는 1회 주기에 한 번의 피크를 제공하므로, 피크 사이 간격은 $T = 1/50 = 20\ \text{ms}$입니다.
- 시간 상수: $RC = (1.2\times10^3)(470\times10^{-6}) = 0.56\ \text{s}$.
- 방전: $V = V_0 e^{-t/RC} = V_0 e^{-0.020/0.56} = 0.965\,V_0$, 약 $3.5\%$만큼 감소합니다.
- 브리지 회로를 사용하면 피크 사이 간격이 $10\ \text{ms}$으로 줄어들어 감소량은 약 $1.8\%$로 절반이 됩니다. $t \ll RC$이기 때문에 리플은 대략 $V_0 t/(RC)$이며, 이는 피크 사이의 시간에 비례하고, $R$ 및 $C$에 반비례합니다.
50 Hz 전원 공급의 풀웨이브 정류기는 1.2 kΩ 부하와 470 µF 콘덴서로 구성됩니다. 출력 피크 사이의 시간 간격은 몇 밀리초입니까?
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
풀 웨이브 출력은 입력 주파수의 두 배로 작동하므로 초당 100 피크를 가지며 그 사이 간격은 10 ms이다. 하프 웨이브라면 20 ms를 제공하며 리플은 약 두 배가 된다.
할웨이브 정류기의 평균 출력은 $V_0$를 ____로 나눈 값입니다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
할웨이브는 0.32 V0를 제공하지만 브리지는 양쪽 반주파를 사용하여 이를 2V0/pi = 0.64 V0로 두 배로 늘립니다. 또한 브리지는 리플 주파수도 두 배로 높여 동일한 콘덴서로도 더 잘 평활화되는 이유입니다.
리플을 줄이는 방법과 그 스케치법
- 더 큰 $C$: 저장된 전하량이 많아져 피크 사이의 움푹 파임이 작아집니다.
- 더 큰 $R$: 부하 전류가 적어지므로 방전이 느려집니다. 여기서 부하 저항이므로, 무거운 부하(작은 $R$)는 리플을 악화시킵니다.
- 반파가 아닌 전파 정류: 피크 사이 방전 시간이 짧아집니다.
- 스케치하는 법: 볼록한 부분을 연하게 그린 뒤, 각 피크에 닿는 곡선을 그리고 부드럽게 내려오다가 다음 볼록部分이 만나는 지점에서 날카롭게 위로 올라갑니다. 절대 0에 도달하지 않으며 절대 피크를 넘지 않습니다.
더 큰 $RC$은 피크 선에 밀착함
리플을 줄이는 모든 변경 사항을 선택하십시오.
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
더 큰 $RC$(또는 피크 사이의 시간 감소)는 피크 사이 콘덴서 방전을 줄여 리플을 작게 만듭니다. 더 작은 콘덴서는 그 반대의 결과를 낳습니다.
놓칠 수 있는 점
- 평활화 커패시터는 부하 위에 병렬로 연결됩니다. 직렬로 연결하면 직류가 완전히 차단됩니다.
- 브리지 회로 설명 시 각 반주기마다 어떤 쌍의 다이오드가 도통하는지 명시하십시오. "전류가 같은 방향으로 흐른다"고만 하는 것은 4점 중 1점에 불과합니다.
- 전파 정류 출력은 입력 주기와 같은 주기가 아니라 두 배의 주기를 가집니다.
- 부하 저항이 작으면 리플이 커지는데, 이는 커패시터가 더 빠르게 방전되기 때문입니다.
- 반파 정류에는 평평한 영간격이 있지만, 전파 정류에는 없습니다. 영간격은 볼록 부분과 같은 너비로 그리십시오.
이해했습니다
- 정류는 교류를 단일 방향의 전류로 변환하며, 다이오드는 삼각형이 향하는 방향의 정방향 바이어스일 때만 도통합니다.
- 반파 정류는 하나의 다이오드를 사용하여 각 주기의 절반만을 통과시키며 평균 $V_0/\pi$; 브리지 회로는 네 개의 다이오드를 사용하여 두 절반 모두를 통과시키며 평균 $2V_0/\pi$, 두 배의 주기로 출력합니다.
- 부하와 병렬로 연결된 커패시터는 피크 사이에서 부하를 통해 방전함으로써 평활화作用을 하며, 시간 상수는 $RC$입니다.
- 리플은 더 큰 $C$, 더 큰 부하 저항, 그리고 전파 정류를 사용할수록 줄어듭니다.