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Ch. 3 다이오드 회로 (Diode Current) • Resistor, capacitor, inductor : 선형소자

– Ohm 의 법칙으로 설명 가능• 비선형 소자 (nonlinear component)

– 많은 실제 전자 회로의 기본– Diode, Transistor– IC 등의 기본이 되는 회로들– 선형 소자와 비선형 소자의 조합으로 회로 형성

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비선형 소자 (Nonlinear Component)

• 전류 - 전압 특성 (Current-Voltage Characteristic)– 전류와 전압 사이의 관계 , 비선형성– IV 특성 curve (current-voltage characteristic)

– 수학적 표현이 어려워서 그래프로 표현– 비선형 특성 : 물리적 분석 가능 , but 복잡

선형성 : 전자들의 도체내의 운동으로 기술 가능 비선형성 : 반도체 내의 전자의 운동

– 새로운 소자나 소자의 특성 발전을 위해서는 물리적 이해 반드시 필요

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Ideal Rectifier ( 정류기 )

• Ideal rectifier 의 IV-curve– 순방향 (forward): 저항이 0– 역방향 (reverse) : 저항이 무한대– 전압 감지 스위치– 실제 다이오드는 이 형태의 근사적 표현 가능– 대표적인 비선형 소자

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Junction diode ( 접합 다이오드 )

• n-type : 운반자 (carrier) 가 (-) 전하 ( 전자 )– 4 족 (Si, Ge) 에 5 족 (P, As, Sb) 첨가

• p-type : 운반자 (carrier) 가 (+) 전하 ( 정공 ) – 4 족 (Si, Ge) 에 3 족 (Al, In, Ga) 첨가

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• pn 접합 (junction): p, n type 의 반도체를 접합– 비선형적 성질– 이상적인 정류기와 매우 비슷– 순방향에서 V > 0.x V 이면 전류가 흐르고– 역방향으로는 전류의 흐름이 억제– 0.x V 에서 x 는 반도체 재료의 특성

Si: 0.6 V, Ge: 0.2 V ( 실온 )

– 역방향 전류의 크기 : 수 pA~A ( 실온 ) 온도에 따라서 지수적으로 증가

– 항상 온도가 중요한 변수

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정류회로 • 반파정류기 (half-wave rectifier)

– 정현파 교류 전원과 부하저항– 전원이 순방향일 때 전류가 흐르고– 전원이 역방향일 때 전류가 흐르지 못함– 출력 전압은 반주기 정현파의 연속 – 반주기 정현파의 평균값 0

직류성분 생김 , 정류되어짐

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10,d L d

L L

vv v iR i v

R R

RL 에 대한 IV curve: 부하선 (load line), 기울기 -1/RL

2sin

200

v t

R

입력파형

• 그래프를 써서 출력파형의 전류를 구함

• 다이오드는 근사적으로 이상적 정류기로 동작(v >> vd)

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Full wave rectifier• 2 개의 다이오드로 구현• 반파 정류보다 좀 더 효율적• 입력 주파수의 두 배• 출력 전압이 변압기 2 차 권선 전압의 ½• 역전압 첨두값치는 최소 출력 전압 첨두값의 2 배

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Bridge rectifier

• 4 개의 다이오드로 구현• 반주기 동안 D2, D3 로 전류가 흐르고 , 다른 반주기 동안 D4, D1 을 통해서 전류 흐름• 출력 전압 : 변압기의 전압과 동일• 다이오드의 역전압 첨두값비는 변압기의 전압과 같음

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Votage Doubler ( 배전압 정류기 )• 직류 출력 전압 = 입력전압의 2 배• 반주기 동안 D1 에 전류 흐르고 , C1 에 충전• 다른 반주기 동안에 C1 에 충전된 전압 유지되면서

D2 에 전류 흐르고 , C2 에 충전• 결과적으로 입력 전압의 두 배 출력

Vp

2Vp

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필터 (Filter)

• 교류 전압을 직류 전압으로 : 파형의 교류성분 줄여서 가능

• 저주파 통과 필터 사용• 전원 필터 : 교류성분의 크기 감소• 리플률 (ripple factor)

• 기본 주파수에 대한 ripple factor 로 결정

rms

dc

Vr

V

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커패시터 필터 (Capacitor Filter)• 간단한 정류회로• 축전기의 시정수 (RLC)

와 입력 전압의 주기에 의존

• RLC >> T 이면 거의 삼각파

• 한 주기 동안 전압 감소 : VpT/RLC

• 삼각파의 rms : 식 (2-91)

1 1

2 3 L

rfR C

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• C 값이 커지면 ripple 감소• 부하전류가 0 인 경우 (RL ): r = 0

• 부하전류가 증가 하는 경우 (RL 0): r 증가• 실제적 출력값 = Capacitor 첨두값 – 리플의 평균값

• Idc 가 증가할 수록 출력 전압이 감소• 전류에 대한 일정한 출력 전압을 유지 : regulation ( 조절 )

– C 값이 클수록 조절 기능이 좋음– 조절 기능이 그리 좋은 편은 아님

1 1

2 3 L

rfR C

1,

2 2p p

dc p p dc dcL L

V T VV V V I I

R C fC R

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• L 형 필터 (L-section filter)

• 형 필터 (-section filter): L- 형과 커패시터 필터의 결합