Chapter 3-4) Diode-Capacitor Circuit : Constant voltage model

※시작에 앞서, 학업을 위해 정리해 놓은 내용들이므로 틀린 부분이 있을 수 있다.

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1. Halfwave Rectifier

2. Diode-Capacitor Circuit : Constant voltage model

3. Ripple voltage

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1. Halfwave Rectifier

목차 3-2)에서 다루었던 정류회로는 다음과 같다.

 

 

그리고 위 회로를 V_in에 따른 V_out의 파형을 구하면 다음과 같다.

 

 

V_in이 양전압이 되는 곳에서는 V_in > V_D,on 되는 시점부터 diode가 켜지고

V_in이 음전압이 되는 곳에서는 diode가 꺼지는 파형이 도출된다.

 

 

2. Diode-Capacitor Circuit : Constant voltage model

우리는 여기서 하나의 의문점을 갖게 된다.

그러면 음전압이 되는 부분에서는 on이 되기를 기다려야 하는가?

만약 우리가 해당 회로를 그대로 사용한다고 하면, 양전압이 오는 시간까지 기다려야 된다.

즉, 회로가 굉장히 비효울적이게 된다!

 

따라서 음전압인 시간에, 전압을 유지해줄 수 있는 회로를 설계하면 되는데,

추가해주어야 하는 소자는 우리가 회로이론 2 강의 때 배운 소자이다.

 

바로 RC회로를 추가해주면 된다.

 

RC회로에서는 C가 충전이 되고 방전을 하는 현상이 일어난다. 이 특성을 이용해서 회로를 설계해주면 보다 효율적인 V_out을 이끌어낼 수 있다.

다음과 같이 회로를 설계해보자.

 

 

이 회로를 해석해서 V_in과 V_out의 그래프를 그려보면 다음과 같다.(Constant Voltage model 사용)

 

• t < t_1 : V_in < V_D,on 상태이므로 다이오드가 OFF된 상태라 V_out = 0
• t_1 < t < t_2 : V_in > V_D,on 상태이므로 다이오드가 ON 되면서 V_in의 그래프를 따라간다.
• t_2 < t < t_3 : RC회로에서 방전이 일어나면서 다이오드는 OFF가 된다. (서서히 방전 되므로 우하향 직선 그래프)
• t_3 < t < t_4 : V_in > V_D,on 상태가 되면서 다이오드가 ON이 되고 V_in의 그래프를 따라간다.

 

여기서 우리는 새로운 개념을 배우게 되는데,

파란색 파동치는 그래프의 상태를 우리는 Ripple이라고 한다.

이렇게 되면 회로에서 다이오드가 OFF된 상태에서도 감소는 하지만 일정정도의 전압 유지가 가능하다.

 

하지만 우리는 여기서 또다른 고민을 하게 된다.

그러면 저 Ripple을 줄이는 방법(즉, 우하향 감소 구간을 줄이기 위한 방법)을 찾게 된다.

 

 

3. Ripple voltage

Ripple Voltage를 줄이면 우하향 감소 구간을 줄일 수 가 있다.

 

우선 Ripple voltage를 구하는 식은 다음과 같다.

 

 

여기서 Ripple voltage를 꺼내면 다음과 같다.

 

 

(V_p : peak amplitude)

 

목적은 Ripple voltage의 감소이다.

식을 보고 Ripple voltage를 줄일 수 있는 방법은 3개이다.

 

• R을 키우기
• C를 키우기
• f_in을 키우기 (목차 2의 그래프를 보면 유추가 가능하다!)

 

정리하면,

원래는 Half wave Rectifier에서는 음전압에서는 입력을 기다려야하는 상황이 있었다.

하지만, RC회로를 추가해줌으로써, 방전 효과를 통해 V_in이 음전압인 상황에서도 전압을 유지할 수 있었다.

 

 

다음 포스팅에서는 Full-wave Rectifier에 대해서 포스팅하고자 한다.