전원회로

전원회로• 모든 전자 시스템은 에너지원으로 직류전압과 전류를 필요로 하며 , 이들을

전원장치라 한다 . 몇몇 시스템에서는 단순히 건전지를 전원으로 사용하며 ,

휴대용 라디오나 카세트 테이프 , 전자계산기 등이 좋은 예이다 . 그러나 텔레비전 수상기나 컴퓨터 단말기 , 스테레오 증폭기 등은 교류전원으로부터 직류를 변환하여 사용하며 , 가정으로 공급되는 220V 60Hz 단상 교류가 교류 전원으로 주로 사용된다 .

• 다이오드의 중요한 응용 중 하나가 교류를 직류로 변환시키는 전원 공급기이다 .

이는 교류 전원을 이용하여 직류 전압원을 만드는 작용이며 , 다이오드의 스위칭 기능을 이용한다 .

• 학습 내용- 교류- 트랜스의 작동원리- 다이오드의 작동원리- 정류이론- 커패시터의 필터링 원리- 전압과 전류의 상관관계 -ohm 의 법칙- 전압원 / 전류원

직류와 교류• 직류 : 시간에 따라 전압이 변화하지 않는 전압원• 교류 : 시간에 따라 전압이 정현적으로 변화하는 전압원• 교류의 발생 : 자장 하에서 도선을 회전시키면 도선내로

유도되는 전류는 정 , 역 방향으로 흐른다 ( 전압도 양 , 음으로 변화 ) - 전류 및 전압의 변화형태 : 정현파

전압 : e = Emsint

전류 : I = Imsint

+-

v s( t)

주파수와 주기• 사이클 (cycle) : 교류의 1 주기 동안의 파형변화• 주기 : 1 사이클이 완료되는 데 소요되는 시간• 주파수 (frequency) : 1 초 동안 반복되는 사이클의 수

단위 : hertz [Hz]

• 각속도 : 무차원 회전속도 [rad/s], 1 회전 = 2 [rad]

• 주파수 (f)/ 주기 (T)/ 각속도 () 사이의 상관관계f = 1/T = /2

• 주파수 단위– Hz 건물 , 기계의 진동영역– kHz 무전기 , AM 라디오 , 소리– MHz FM 라디오 , 컴퓨터– GHz 이동통신

• 가정용 전원 : 220V 60 Hz

0 t

2

A

A sin (t+ )

변압기• 유도전류를 이용하여 전압을

변환시키는 기구• 철심 : 규소강판• 전압 , 전류와 1 차 /2

차코일의 권선수 사이의 상관관계

• a : 권수비 (turn ratio)

aI

I

N

N

V

V

1

2

2

1

2

1

다이오드 (Diodes)

Anode Cathode

+ -vd

id

id

vd

순방향 편향영역

역방향 편향영역

ReverseBreakdownRegion

P N

Von : 0.3 Volts for Silicon 0.7 Volts for Germanium

VBD

• 다이오드 : 하나의 P-N 접합 반도체• 순방향으로만 전류가 흐른다

다이오드의 형태저 전류용 다이오드

중 전류용 다이오드

고 전류용 다이오드

IZ (min)

IZ (max)

제너 무릎

510v Z(V)

1 2 3v F (V)

10

20

30

15

30

45

i F(§

Ì)

i Z(§Ì

)

iD

v D0

V Z

15

제너 다이오드

- -제너 동작영역

제너 다이오드

• Zener 다이오드 : reverse break

down 전압이 항상 일정하므로 전압 조절기로 사용할 수 있다

– 다이오드 내를 흐르는 전류가 변해도 출력전압은 일정

– 출력전압을 일정하게 유지하기 위해 사용

iF V T+iF

+v F-

-

iZ

+v Z-

iZV Z

+

-

D

교류입력

C 1 R L

변압기

R

C 2

R S

D Z

정류기 필터 조정기 부하

조정되지 않은 직류 전원

25Vdc

15V 1W 제너 다이오드

정류회로

• 정류전원 (rectifying power) : 교류에서 직류를 얻는 전원회로

반파정류t0

V p

v s( t)

직류 성분 =0

[ ]교류

t0

V p

v o( t)

다이오드ON

다이오드ON

다이오드OFF

다이오드OFF

[ ]맥류 직류 성분 =V p

+

v o( t)

-

+- R L

v s( t)= V p sin t

D

+v o( t)

-

+- R L

D

v s( t)

변압기

교류 전원120V60§Ô N 1 N 2

전파정류

+-

R L

D 1

D 2

A

CT

B

+v o-

교류입력120V60§Ô

+

-

1

2

1

2

1 2

D 1 OND 2 OFF

t0

V p

v o( t) 직류 성분 =

2 V p

D 2 OND 1 OFF

D 1 OND 2 OFF

브리지 정류

+-

v s( t)= V p sin t

+ v o -

D 1 D 2

D 3D 4

a

d

b cR L

+ v o-

D 1 D 2

D 4D 3

a

d

b c+

+ v o -

D 1 D 2

D 4D 3

a

d

b c-

D 1 ,D 4 OND 2 ,D 3 OFF

t0

V p

v o( t)

D 2 ,D 3 OND 1 ,D 4 OFF

D 1 ,D 4 OND 2 ,D 3 OFF

정류기 필터

• 커패시터의 전원 충전 / 방전원리• 맥류의 직류변환

+vo-

+-

D

vs

+

-C RL

a

b

+vi-

+-

D 1 D 2

D 3D 4 R LC+v o-

t0

Vp

vo

t

vo

직류전원 공급기

전압조절기• Voltage Regulator : 78xx, 79xx series

• 78xx : 양의 전압 조절– 7805 : +5V, 7810 : +10V, 7815 : +15V

• 79xx : 음의 전압 조절– 7905 : -5V, 7910 : -10V, 7915 : -15V

전압원이상적인 전압원 (voltage source)

v s( t)= V S

v s( t)

a

b

v+-

i

+

-v

i

V S

0

v s( t)

i

+v-

R S

+- v

i

V S

= 기울기1

R S

0

v s( t)= V S

실제적인 전압원

전압원의 직렬연결

• 전압원도 직렬로 연결할 수 있다 .

• 동일한 방향으로 연결된 전압원은 더하고 반대 방향으로 로 연결된 전압원은 뺀다 .

ET = E1 + E2 + E3

4V 6v 3V 5V 3V

b

a

v= v 1+ v 2+-

+-

+-

b

c

a

v 2

v 1

전압원의 병렬연결 ?

• 두 전압원의 발생전압이 동일하지 않으면 시도하지 말것 !

• 만약 전압이 동일하지 않다면 어떤 법칙에 위배되는가 ?

전류원

i

is( t)

a

b

+

v

-v

iIS

0

is( t)= IS

is( t)

+

v

-

i

R S

is( t)= IS

= 기울기1

R S

v

i

IS

0

이상적인 전류원 (current source)

실제적인 전류원

전류원의 병렬연결

• 전류원은 병렬연결할 수 있다• 전류원을 직렬연결하면 어떤 법칙에

위배되는가 ?

i1 i2

iA a

b

a

b

i= i1+ i2

전력 (Power)

• 전력은 단위시간당 얼마나 많은 일 (어떤 종류의 에너지가 다른 종류의 에너지로 변환되는 과정 ) 을 하는가를 표시하는 단위

• 전력의 전기단위는 watt– 1 watt [W] = 1 joule/second [J/s]

• 전력의 기호 : P

• 전열선에 전류를 흘렸을 때 발열 에너지• H = I2 . R . t [J] = 0.24 I2 . R . t [cal]• 1 [cal] = 물 1 gram 을 1 oC 높이는 데 필요한 열량• 전열선에서 1 초간 발열 되는 에너지 : 전력• P = H/t = I2 . R = V . I [W]• 예제

20oC 의 물 1.2 리터를 500 W 의 전기 포터를 사용하여 60oC 까지 가열하는 데 걸리는 시간은 ?

전력 (Power)