Ch. 2 Di d dDiodes and...
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Ch 2 Di d dCh. 2 Diodes and ApplicationsApplications
Yun SeopYu2.3. 다이오드 모델 (Diode models)
다이오드의 구조와 기호
바이어스 연결바이어스 연결
Yun SeopYu2.3. 다이오드 모델 (Diode models)
이상적인 다이오드 모델
순방향: 스위치 ON
V 0V I V /RVF = 0V, IF = VBIAS/RLIMIT
역방향: 스위치 OFF역방향: 위치 OFF
IR = 0A, VR = VBIAS
Yun SeopYu2.3. 다이오드 모델 (Diode models)
실용 다이오드 모형
장벽 전압(VF) 고려Si 0 7 V G 0 3 V Si: 0.7 V, Ge: 0.3 V
순방향
VF=0.7VVF 0.7VIF = (VBIAS – VF)/RLIMIT
역방향 : IR = 0A, VR = VBIAS
Yun SeopYu2.3. 다이오드 모델 (Diode models)
완벽 다이오드 모델
순방향 동저항 (rd'), 내부 역저항 (rR'), 장벽전위 (VF) 모두 고려
순방향 일때순방향 일때
VF = 0.7V + IF rd'I = (V 0 7V)/(R + r ') IF = (VBIAS – 0.7V)/(RLIMIT + rd )
Yun SeopYuExample 2-1
rd' = 10 Ω, VBIAS = 10V, RLIMIT = 1kΩ, Vt = 0.7V 일때 VF , IF, VLIMIT?
이상적인 모델: 이상적인 모델: VF = 0V IF = VBIAS /RLIMIT = 10/1k=10 mA, VLIMIT = IF RLIMIT =(10m)(1k)=10 V
실질적인 모델:
10 V
실질적인 모델: VF = 0.7VIF = (VBIAS – 0.7V)/RLIMIT = (10-0.7)/1k=9.3mA
( )(1k)VLIMIT = (9.3m)(1k)=9.3V
복잡한 모델: IF = (VBIAS – 0.7V)/(RLIMIT + rd') = (10-0.7)/(1k+10)=9.21mAVF = 0.7 + IF rd'=0.7+(9.21m)(10)=792mV
( )( k)VLIMIT = (9.21m)(1k)=9.21V
Yun SeopYuExample 2-1
IR=1μA 일때 IR,VR, VLIMIT?
이상적인 모델, 실질적인 모델:IR = 0A, IR 0A, VR =VBIAS = 10VVLIMIT = 0V
10 V
복잡한 모델:IR=1μA , VLIMIT= IRRLIMIT=(1μ)(1k)=1mV, V V V 10 1m 9 999VVR=VBIAS-VLIMIT= 10-1m = 9.999V
Yun SeopYu2-4.반파정류기(Half-wave rectifier)
DC power supply
Filter
Transformer Rectifier RegulatorTransformer Rectifier Regulator
Load
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Yun SeopYu2-4.반파정류기(Half-wave rectifier)
반파 출력 전압 평균값
sinθVV p=
VVV
dθsinθV2π1dθsinθV
T1V
π
0 pπ
0 pavg == ∫∫
Ex2-2
πV
1)(12πV
]cosθ[2πV ppπ
0p =+=−=
Ex2-2
그림의 반파정류된 전압의 평균값?
sinθVV p=
22
15.9Vπ
50πV
V pavg ===
Yun SeopYu2-4.반파정류기
장벽전위의 영향 :Vp(out) =Vp(in) -0.7V
최대 역전압 (peak inverse voltage: PIV)
역방향 bias시 diode에 걸리는 전압
PIV=Vp(in)
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Yun SeopYu2-4.반파정류기
변압기를 가진 반파 정류기
전원전압 조정 가능
교류전원을 정류기 회로로부터 전기적으로 분리교류전원을 정류기 회로로부터 전기적으로 분리
충격에 의한 손상 감소
sec VNV ⎟⎞
⎜⎛
pripri
secsec V
NV ⎟
⎟⎠
⎜⎜⎝
=
24
Yun SeopYu2-4.반파정류기
Ex. 2-4
170 V
V 850.5VVV 170VV
p(pri)p(sec)
p(in)p(pri)
==
==
84.3V0.7VVV p(sec)p(out)
p(pri)p(sec)
=−=
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Yun SeopYu2-5. 전파 정류기(Full-wave Rectifiers)
전파정류기 (full-wave rectifier)
입력의 전주기 (2π) 동안 부하의 한 방향으로 전류가 흐른다.
정현파 전압의 평균값은 반파의 두 배 (대략 V 의 63 7%)정현파 전압의 평균값은 반파의 두 배 (대략 Vp의 63.7%)
2VV p=
πVavg =
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Yun SeopYu2-5. 전파 정류기
중간 탭 전파 정류기 (Center-tapped Full-wave Rectifier)ON
OFFOFF
OFF
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ON
Yun SeopYu2-5. 전파 정류기
중간 탭 전파 정류기
전파출력전압에서 권선비의 영향
1:1 인 경우
1:2 인 경우
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Yun SeopYu2-5. 전파 정류기
중간 탭 전파 정류기
최대 역전압 (PIV)
D1-ON D2-OFF 일때 D2에 걸리는 전압D1 ON, D2 OFF 일때 D2에 걸리는 전압
⎞⎛⎞⎛
0.7/2VV
0.7VV2
V0.7
2V
PIV
P(sec)P(out)
P(sec)P(sec)P(sec)
−=
−=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
290.7V2VPIV1.4V2VV
0.7/2VV
P(out)
P(out)P(sec)
P(sec)P(out)
+=
+=→
Yun SeopYu2-5. 전파 정류기
전파 브리지 정류기 (Bridge rectifier)
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Yun SeopYu2-5. 전파 정류기
브리지 정류기의 출력전압
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Yun SeopYu2-5. 전파 정류기
전파 브리지 정류기 (Bridge rectifier)
최대 역전압
이상적인 다이오드 실제 다이오드
PIV= Vp(sec)= Vp(out)PIV= Vp(out) - (-0.7 V)
= (Vp(sec) - 1.4 V) - (- 0.7V )= V ( ) - 0 7 V
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= Vp(sec) 0.7 V
Yun SeopYu
2-6. 전원공급 장치 필터 및 정전압 조정기(Power supply filters and Regulators)전원 공급장치 필터 (power supply filter)
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Yun SeopYu2-6. 전원공급 장치 필터 및 정전압 조정기
Capacitor filter- 일정 레벨의 직류전압 생성
Vc 에 충전c 에 충전
R 에 의한 방전RL 에 의한 방전
시정수 (R C) ∝ 방전시간시정수 (RLC) ∝ 방전시간>> 입력 전압 주기
리플 (ripple): 필터 출력의
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리플 (ripple): 필터 출력의적은 양의 변화
Yun SeopYu2-6. 전원 장치의 필터
리플 전압 (ripple voltage): 충전과 방전으로 인한 출력 전압의 변동
리플이 적으면 적을 수록 출력전압의 변동이 작다
반파반파
Hz6011===hf
전파 Thw
Hz60ms7.16
===hw
hw Tf
112
= hwfw
TT
Tfw
Hz1202)1(21==== hw
hwfwfw f
TTf
전파정류: 적은 양의 방전과 빠른 충전으로 리플이 적어진다.
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Yun SeopYu2-6. 전원 장치의 필터
리플계수 (ripple factor)
V 리플전압 실효값 V 필터의 직류전압 평균값
r = Vr(pp)/VDC
Vr(pp) : 리플전압 실효값, VDC : 필터의 직류전압 평균값
Vp(rect) : 필터되지않은 첨두 정류전압
리플계수 r이 작을 수록 좋은 필터리플계수 r이 작을 수록 좋은 필터
조건: VDC가 정류된 입력전압의 첨두값의 10%내에 있는 경우
1 ⎞⎛
1CfR
1VVL
p(rect)r(pp) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
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)C2fR
1(1VVL
p(rect)DC −=
Yun SeopYu참고: 리플 계수 유도
eVv CRt
(i )L=
− T
T,CRandTtifeVv
TLdis
p(in)c
>>≈
)CR
T(1VeVvL
p(in)CR
T
p(in)c(min)L −≈=
−
CfRV
CRTVVVV p(in)
p(in)c(min)p(in)r(pp) ==−=f 1/T
)C2fR
1(1VV21VV
CfRCR
p(in)r(pp)p(in)DC
LLp(in)c(min)p(in)r(pp)
−=−=
f = 1/T
C2fR2 Lp( n)r(pp)p( n)
Yun SeopYu2-6. 전원 장치의 필터
Ex. 2-8
리플계수를 구하라
120 Vrms60Hz
1000 μF220 Ω
170VV(1 414)120(1 414)VV
15.6V1.4VVV17V0.1(170)nVV
170VV(1.414)120(1.414)VV
p(sec)p(rect)
p(pri)p(sec)
rmsp(pri)
=−=
===
===
p(sec)p(rect)
0 591V115 6V1VV ⎟⎞
⎜⎛⎟
⎞⎜⎛
15.3VF)(1000μ)0Ω(240Hz)(22
1-115.6V)C2fR
1(1VV
0.591VF)(100μ)0Ω(120Hz)(22
15.6VCfR
VV
Lp(rect)DC
Lp(rect)r(pp)
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=−=
=⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=
380.039
15.3V0.591V
VV
r
F)(1000μ)0Ω(240Hz)(22C2fR
DC
r(pp)
L
===
⎠⎝
Yun SeopYu2-6. 전원 장치의 필터
급증전류 (surge current)
스위치가 닫히는 순간:
capacitor shortcapacitor short
다이오드를 통해 Isurge 발생
V 에서 I 발생Vp(in)에서 Isurge(max) 발생
다이오드 파괴
1 4VV해결책: Rsurge (급증 제한 저항)
다이오드가 순간 급증전류에 견딜 수있는 순방향 전격전류
FSM
p(sec)surge I
1.4VVR
−≥
IFSM : 다이오드가 순간 급증전류에 견딜 수있는 순방향 전격전류
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Yun SeopYu2-6.Diode 리미팅 회로와 클램핑 회로
다이오드 리미터
양 리미터양 리미터
음 리미터
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Yun SeopYu2-7.Diode Limiters and Clampers
바이어스된 다이오드 limiter
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Yun SeopYu2-7.Diode Limiters and Clampers
바이어스된 다이오드 limiter
42
Yun SeopYu2-7.Diode Limiters and Clampers
예제2-11
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Yun SeopYu2-7.Diode Limiters and Clampers
전압분배 바이어스
예제2-12
VRV SUPPLY3
BIAS ⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=
12V220100
220
VRR
V SUPPLY32
BIAS
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
ΩΩΩ
=
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝ +
8.25V220100
=⎠⎝ Ω+Ω
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Yun SeopYu2-7.Diode Limiters and Clampers
다이오드 클램퍼 (Clamper)
Clamper: 교류전압에 직류레벨을 더한다 직류 복원기
단 적은 양 방전 (C RL)
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단, 적은 양 방전 (C RL)RC 시정수 >> 10fin
Yun SeopYu2-7.Diode Limiters and Clampers
Diode Clamper
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