전자 회로-퀵 가이드
전자 제품에는 다른 용도로 사용되는 다양한 구성 요소가 있습니다. 응용 분야에 따라 다양한 유형의 회로에 사용되는 다양한 요소가 있습니다.
전자 부품
벽을 구성하는 벽돌과 유사하게 구성 요소는 회로의 기본 벽돌입니다. ㅏComponent 아이디어 개발에 기여하는 기본 요소입니다. circuit 실행을 위해.
각 구성 요소에는 몇 가지 기본 속성이 있으며 구성 요소는 그에 따라 작동합니다. 의도 한 회로의 구성에 사용하는 것은 개발자의 모토에 달려 있습니다. 다음 이미지는 다양한 전자 회로에 사용되는 전자 부품의 몇 가지 예를 보여줍니다.
아이디어를 모으기 위해 컴포넌트 유형을 살펴 보겠습니다. 그들은Active Components 또는 Passive Components.
활성 구성 요소
활성 구성 요소는 일부 외부 에너지를 제공 할 때 수행되는 구성 요소입니다.
능동 구성 요소는 전압 또는 전류의 형태로 에너지를 생성합니다.
Examples − 다이오드, 트랜지스터, 변압기 등
수동 부품
수동 구성 요소는 연결되면 작동을 시작하는 구성 요소입니다. 작동을 위해 외부 에너지가 필요하지 않습니다.
수동 구성 요소는 전압 또는 전류의 형태로 에너지를 저장하고 유지합니다.
Examples − 저항기, 커패시터, 인덕터 등
또한 다음과 같은 또 다른 분류가 있습니다. Linear 과 Non-Linear 집단.
선형 구성 요소
선형 요소 또는 구성 요소는 전류와 전압 사이에 선형 관계가있는 요소입니다.
선형 요소의 매개 변수는 전류 및 전압과 관련하여 변경되지 않습니다.
Examples − 다이오드, 트랜지스터, 변압기 등
비선형 구성 요소
비선형 요소 또는 구성 요소는 전류와 전압 사이에 비선형 관계가있는 요소입니다.
비선형 요소의 매개 변수는 전류 및 전압에 따라 변경됩니다.
Examples − 저항기, 커패시터, 인덕터 등
이들은 다양한 목적을위한 구성 요소로, 구성되는 기본 작업을 모두 수행 할 수 있습니다. 이러한 서로 다른 구성 요소의 조합을Circuit.
전자 회로
특정 방식으로 목적에 연결될 때 특정 수의 구성 요소는 circuit. 회로는 서로 다른 구성 요소의 네트워크입니다. 여러 유형의 회로가 있습니다.
다음 이미지는 다양한 유형의 전자 회로를 보여줍니다. 그것은 보드에 연결된 전자 회로의 그룹 인 인쇄 회로 기판을 보여줍니다.
전자 회로는 작동, 연결, 구조 등에 따라 여러 범주로 분류 될 수 있습니다. 전자 회로의 유형에 대해 자세히 알아 보겠습니다.
활성 회로
능동 구성 요소를 사용하여 구축 된 회로를 Active Circuit.
일반적으로 회로가 더 많은 전력을 추출하여 부하에 전달하는 전원을 포함합니다.
추가 전력이 출력에 추가되므로 출력 전력은 항상 적용된 입력 전력보다 큽니다.
전력 이득은 항상 1보다 큽니다.
패시브 회로
수동 구성 요소를 사용하여 구축 된 회로는 다음과 같이 호출됩니다. Passive Circuit.
전원이 포함되어 있어도 회로는 전원을 추출하지 않습니다.
추가 전력은 출력에 추가되지 않으므로 출력 전력은 항상 적용된 입력 전력보다 적습니다.
전력 이득은 항상 1보다 작습니다.
전자 회로는 다음과 같이 분류 될 수도 있습니다. Analog, Digital, 또는 Mixed.
아날로그 회로
아날로그 회로는 선형 구성 요소가있는 회로 일 수 있습니다. 따라서 그것은 선형 회로입니다.
아날로그 회로에는 연속적인 전압 범위 인 아날로그 신호 입력이 있습니다.
디지털 회로
디지털 회로는 비선형 구성 요소가있는 회로 일 수 있습니다. 따라서 비선형 회로입니다.
디지털 신호 만 처리 할 수 있습니다.
디지털 회로에는 이산 값인 디지털 신호 입력이 있습니다.
혼합 신호 회로
혼합 신호 회로는 선형 및 비선형 구성 요소를 모두 포함하는 회로 일 수 있습니다. 따라서 혼합 신호 회로라고합니다.
이러한 회로는 입력을 처리하기위한 마이크로 프로세서와 함께 아날로그 회로로 구성됩니다.
연결 유형에 따라 회로는 다음 중 하나로 분류 될 수 있습니다. Series Circuit 또는 Parallel Circuit. 직렬 회로는 직렬로 연결된 회로이며parallel circuit 구성 요소가 병렬로 연결된 것입니다.
이제 전자 구성 요소에 대한 기본 아이디어를 얻었으므로 다른 응용 프로그램을위한 더 나은 회로를 구축하는 데 도움이 될 목적으로 이동하고 논의하겠습니다. 전자 회로의 목적이 무엇이든 (처리, 전송, 수신, 분석) 프로세스는 신호의 형태로 수행됩니다. 다음 장에서는 전자 회로에있는 신호와 신호 유형에 대해 설명합니다.
ㅏ Signal"데이터가 생성 된 소스에있는 데이터에 대한 정보를 제공하는 표현"으로 이해할 수 있습니다. 이것은 일반적으로 시간에 따라 다릅니다. 따라서 신호는source of energy which transmits some information. 이것은 그래프로 쉽게 표현할 수 있습니다.
예
- 알람은 시간이되었음을 알려줍니다.
- 밥솥 휘슬이 음식이 조리되었음을 확인합니다.
- 빨간색 표시등은 위험을 나타냅니다.
- 교통 신호는 이동을 나타냅니다.
- 전화벨이 울립니다.
신호는 일부 정보를 전달하는 모든 유형이 될 수 있습니다. 전자 장비에서 생성되는이 신호를Electronic Signal 또는 Electrical Signal. 이들은 일반적으로 시간 변형입니다.
신호 유형
신호는 특성에 따라 아날로그 또는 디지털로 분류 할 수 있습니다. 다음 이미지와 같이 아날로그 및 디지털 신호를 더 자세히 분류 할 수 있습니다.
아날로그 신호
시간에 따라 변하는 양을 나타내는 연속적인 시변 신호는 다음과 같이 불릴 수 있습니다. Analog Signal. 이 신호는 그것을 나타내는 수량의 순간적인 값에 따라 시간에 따라 계속 변합니다.
디지털 신호
인 신호 discrete 본질적으로 또는 non-continuous 형태로 Digital signal. 이 신호에는 개별적으로 표시되는 개별 값이 있으며, 마치 특정 순간에 파생 된 것처럼 이전 값을 기반으로하지 않습니다.
주기적 신호 및 비 주기적 신호
일정 기간 동안 패턴을 반복하는 아날로그 또는 디지털 신호를 Periodic Signal. 이 신호는 패턴이 반복적으로 계속되고 가정하거나 계산하기 쉽습니다.
일정 기간 동안 패턴을 반복하지 않는 아날로그 또는 디지털 신호를 Aperiodic Signal. 이 신호에는 패턴이 계속되어 있지만 패턴이 반복되지 않으며 추정하거나 계산하기가 쉽지 않습니다.
신호 및 표기법
중 Periodic Signals, 가장 일반적으로 사용되는 신호는 사인파, 코사인 파, 삼각파, 구형파, 사각 파, 톱니파, 펄스 파형 또는 펄스열 등입니다. 이러한 파형을 살펴 보겠습니다.
단위 단계 신호
단위 단계 신호는 원점에서 X 축의 한 단위까지 한 단위의 값을 갖습니다. 이것은 주로 테스트 신호로 사용됩니다. 단위 스텝 신호의 이미지는 아래와 같습니다.
단위 단계 함수는 다음과 같이 표시됩니다. $u\left ( t \right )$. 그것은 다음과 같이 정의됩니다-
$$ u \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 & t \ geq 0 \\ 0 & t <0 \ end {matrix} \ right. $$
단위 임펄스 신호
단위 임펄스 신호는 원점에서 한 단위 값을 갖습니다. 그 면적은 하나의 단위입니다. 단위 임펄스 신호의 이미지는 아래와 같습니다.
단위 임펄스 함수는 다음과 같이 표시됩니다. ẟ(t). 다음과 같이 정의됩니다.
$$\delta \left ( t \right )=\left\{\begin{matrix} \infty \:\:if \:\:t=0\\0 \:\:if \:\:t\neq 0\end{matrix}\right.$$
$$\int_{-\infty }^{\infty }\delta \left ( t \right )d\left ( t \right )=1$$
$$\int_{-\infty }^{t }\delta \left ( t \right )d\left ( t \right )=u\left ( t \right )$$
$$\delta \left ( t \right )=\frac{du\left ( t \right )}{d\left ( t \right )} $$
단위 램프 신호
단위 램프 신호의 값은 원점에서 기하 급수적으로 증가합니다. 단위 램프 신호의 이미지는 아래와 같습니다.
단위 램프 기능은 다음과 같이 표시됩니다. u(t). 그것은 다음과 같이 정의됩니다-
$$\int_{0}^{t}u\left ( t \right ) d\left ( t \right )=\int_{0}^{t} 1 dt =t=r\left ( t \right )$$
$$u\left ( t \right )=\frac{dr\left ( t \right )}{dt}$$
단위 포물선 신호
단위 포물선 신호는 원점에서 포물선처럼 값이 변경됩니다. 단위 포물선 신호의 이미지는 아래와 같습니다.
단위 포물선 함수는 다음과 같이 표시됩니다. $u\left ( t \right )$. 그것은 다음과 같이 정의됩니다-
$$\int_{0}^{t}\int_{0}^{t}u\left ( t \right )dtdt=\int_{0}^{t}r\left ( t \right )dt=\int_{0}^{t} t.dt=\frac{t^{2}}{2}dt=x\left ( t \right )$$
$$r\left ( t \right )=\frac{dx\left ( t \right )}{dt}$$
$$u\left ( t \right )=\frac{d^{2}x\left ( t \right )}{dt^{2}}$$
Signum 기능
Signum 함수는 원점에서 양의 평면과 음의 평면에 균등하게 분포 된 값을 갖습니다. Signum 기능의 이미지는 아래와 같습니다.
Signum 함수는 다음과 같이 표시됩니다. sgn(t). 다음과 같이 정의됩니다.
$$ sgn \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 \ : \ : for \ : \ : t \ geq 0 \\-1 \ : \ : for \ : \ : t <0 \ end {matrix} \ right. $$
$$sgn\left ( t \right )=2u\left ( t \right ) -1$$
지수 신호
지수 신호는 원점에서 지수 적으로 변하는 값을 갖습니다. 지수 함수는 다음과 같습니다.
$$x\left ( t \right ) =e^{\alpha t}$$
지수의 모양은 다음과 같이 정의 할 수 있습니다. $\alpha$. 이 기능은 3 가지 경우에 이해할 수 있습니다.
Case 1 −
만약 $\alpha = 0\rightarrow x\left ( t \right )=e^{0}=1$
Case 2 −
$ \ alpha <0 $이면 $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ 어디 $\alpha$음수입니다. 이 모양은decaying exponential.
Case 3 −
만약 $\alpha > 0$ 그때 $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ 어디 $\alpha$긍정적입니다. 이 모양은raising exponential.
직사각형 신호
직사각형 신호는 원점에서 양의 평면과 음의 평면 모두에 직사각형 모양으로 분포 된 값을 갖습니다. 직사각형 신호의 이미지는 아래와 같습니다.
직사각형 함수는 다음과 같이 표시됩니다. $x\left ( t \right )$. 다음과 같이 정의됩니다.
$$x\left ( t \right )=A \:rect\left [ \frac{t}{T} \right ]$$
삼각 신호
직사각형 신호는 원점에서 양의 평면과 음의 평면 모두에 삼각형 모양으로 분포 된 값을 갖습니다. 삼각 신호의 이미지는 아래와 같습니다.
삼각 함수는 다음과 같이 표시됩니다.$x\left ( t \right )$. 다음과 같이 정의됩니다.
$$x\left ( t \right )=A \left [ 1-\frac{\left | t \right |}{T} \right ]$$
정현파 신호
정현파 신호의 값은 원점에서 정현파로 변합니다. 사인파 신호의 이미지는 아래와 같습니다.
정현파 함수는 x (t)로 표시됩니다. 그것은 다음과 같이 정의됩니다-
$$x\left ( t \right )=A \cos \left ( w_{0} t\pm \phi \right )$$
또는
$$x\left ( t \right )=A sin\left ( w_{0}t\pm \phi \right )$$
어디 $T_{0}=\frac{2 \pi}{w_{0}}$
Sinc 기능
Sinc 신호는 아래 주어진 방정식에서와 같이 특정 관계에 따라 값이 달라집니다. 원점에서 최대 값을 가지며 멀어짐에 따라 계속 감소합니다. Sinc 함수 신호의 이미지는 아래와 같습니다.
Sinc 함수는 다음과 같이 표시됩니다. sinc(t). 그것은 다음과 같이 정의됩니다-
$$sinc\left ( t \right )=\frac{sin\left ( \pi t \right )}{\pi t}$$
따라서 이들은 전자 및 통신 분야에서 주로 접하는 다른 신호입니다. 모든 신호를 수학 방정식으로 정의하여 신호 분석을 더 쉽게 할 수 있습니다.
각 신호는 앞에서 언급했듯이 특정 파형을 가지고 있습니다. 웨이브의 모양은 신호에 존재하는 내용을 변경할 수 있습니다. 어쨌든 특정 회로에 대해 웨이브를 변경할지 여부는 설계 엔지니어가 결정하는 것입니다. 그러나 파도의 모양을 변경하기 위해 추가 단원에서 논의 할 기술이 거의 없습니다.
신호는 또한 Wave. 모든 웨이브는 그래프로 표현 될 때 특정 모양을 갖습니다. 이 모양은 정현파, 정사각형, 삼각형 등과 같은 다른 유형일 수 있으며 기간에 따라 달라 지거나 기간에 관계없이 임의의 모양을 가질 수 있습니다.
웨이브 쉐이핑의 유형
웨이브 쉐이핑에는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 그들은-
- 선형 파 형성
- 비선형 파동 형성
선형 웨이브 형성
저항기, 커패시터 및 인덕터와 같은 선형 요소는이 선형 파형 형성에서 신호를 형성하는 데 사용됩니다. 사인파 입력에는 사인파 출력이 있으므로 비 사인파 입력은 선형 파 모양을 이해하는 데 더 눈에 띄게 사용됩니다.
Filtering 원치 않는 신호를 감쇠하거나 특정 신호의 주파수 성분 중 선택된 부분을 재생하는 프로세스입니다.
필터
신호를 형성하는 과정에서 신호의 일부가 원치 않는 것으로 느껴지면 필터 회로를 사용하여 차단할 수 있습니다. A Filter is a circuit that can remove unwanted portions of a signal at its input. 신호 강도 감소 과정은 다음과 같이 불립니다.Attenuation.
필터링 기술에 도움이되는 구성 요소가 거의 없습니다.
ㅏ Capacitor 재산이 allow AC 그리고 block DC
안 Inductor 재산이 allow DC 그러나 blocks AC.
이러한 속성을 사용하여이 두 구성 요소는 특히 차단하거나 허용하는 데 사용됩니다. AC 또는 DC. 이러한 속성에 따라 필터를 설계 할 수 있습니다.
네 가지 주요 유형의 필터가 있습니다.
- 저역 통과 필터
- 하이 패스 필터
- 대역 통과 필터
- 밴드 스톱 필터
이제 이러한 유형의 필터에 대해 자세히 설명하겠습니다.
저역 통과 필터
지정된 값보다 낮은 주파수 세트를 허용하는 필터 회로는 Low pass filter. 이 필터는 더 낮은 주파수를 통과합니다. RC 및 RL을 사용하는 저역 통과 필터의 회로도는 다음과 같습니다.
커패시터 필터 또는 RC 필터와 인덕터 필터 또는 RL 필터는 모두 저역 통과 필터로 작동합니다.
The RC filter− 커패시터가 션트에 배치되면 허용되는 AC가 접지됩니다. 이것은 출력에서 DC를 허용하면서 모든 고주파 성분을 통과시킵니다.
The RL filter− 인덕터가 직렬로 배치되면 DC가 출력으로 허용됩니다. 인덕터는 출력에서 허용되지 않는 AC를 차단합니다.
저역 통과 필터 (LPF)의 기호는 다음과 같습니다.
주파수 응답
실제 필터의 주파수 응답은 다음과 같으며 전자 부품의 실제 고려 사항을 고려하지 않을 때 이상적인 LPF의 주파수 응답은 다음과 같습니다.
모든 필터의 차단 주파수는 임계 주파수입니다. $f_{c}$필터가 신호를 감쇠 (절단)하기위한 것입니다. 이상적인 필터는 완벽한 차단이있는 반면 실용적인 필터는 제한이 거의 없습니다.
RLC 필터
RC 및 RL 필터에 대해 알고 나면 더 나은 응답을 얻기 위해이 두 회로를 추가하는 것이 좋다는 생각이들 수 있습니다. 다음 그림은 RLC 회로가 어떻게 생겼는지 보여줍니다.
입력 신호는 AC를 차단하고 DC를 허용하는 인덕터를 통과합니다. 이제 해당 출력은 다시 션트의 커패시터를 통과하여 신호에 존재하는 나머지 AC 구성 요소를 접지하여 출력에서 DC를 허용합니다. 따라서 출력에 순수한 DC가 있습니다. 이것은 둘 다보다 더 나은 저역 통과 회로입니다.
하이 패스 필터
주파수 세트를 허용하는 필터 회로 above a specified value 로 불릴 수 있습니다 High pass filter. 이 필터는 더 높은 주파수를 통과합니다. RC 및 RL을 사용하는 고역 통과 필터의 회로도는 다음과 같습니다.
커패시터 필터 또는 RC 필터 및 인덕터 필터 또는 RL 필터는 모두 하이 패스 필터로 작동합니다.
RC 필터
커패시터가 직렬로 배치되면 DC 구성 요소를 차단하고 AC 구성 요소를 출력으로 허용합니다. 따라서 고주파 성분이 저항의 출력에 나타납니다.
RL 필터
인덕터가 션트에 배치되면 DC가 접지 될 수 있습니다. 나머지 AC 구성 요소가 출력에 나타납니다. 고역 통과 필터 (HPF)의 기호는 다음과 같습니다.
주파수 응답
실제 필터의 주파수 응답은 아래 그림과 같으며 전자 부품의 실제 고려 사항을 고려하지 않을 때 이상적인 HPF의 주파수 응답은 다음과 같습니다.
모든 필터의 차단 주파수는 임계 주파수입니다. $f_{c}$필터가 신호를 감쇠 (절단)하기위한 것입니다. 이상적인 필터는 완벽한 차단이있는 반면 실용적인 필터는 제한이 거의 없습니다.
RLC 필터
RC 및 RL 필터에 대해 알고 나면 더 나은 응답을 얻기 위해이 두 회로를 추가하는 것이 좋다는 생각이들 수 있습니다. 다음 그림은 RLC 회로가 어떻게 생겼는지 보여줍니다.
입력 신호는 DC를 차단하고 AC를 허용하는 커패시터를 통과합니다. 이제 해당 출력은 다시 인덕터를 통해 션트를 통과하여 나머지 DC 구성 요소가있는 경우 신호에 존재하여 출력에서 AC를 허용합니다. 따라서 출력에 순수한 AC가 있습니다. 이것은 둘 다보다 더 나은 하이 패스 회로입니다.
대역 통과 필터
주파수 세트를 허용하는 필터 회로 between two specified values 로 불릴 수 있습니다 Band pass filter. 이 필터는 주파수 대역을 통과합니다.
낮은 주파수와 높은 주파수를 거의 제거해야하므로 지정된 주파수 집합을 선택하려면 HPF와 LPF를 캐스케이드하여 BPF를 얻어야합니다. 이는 주파수 응답 곡선을 관찰하여도 쉽게 이해할 수 있습니다.
대역 통과 필터의 회로도는 다음과 같습니다.
위의 회로는 RL 회로 또는 RLC 회로를 사용하여 구성 할 수도 있습니다. 위의 것은 간단한 이해를 위해 선택된 RC 회로입니다.
대역 통과 필터 (BPF)의 기호는 다음과 같습니다.
주파수 응답
실제 필터의 주파수 응답은 다음과 같으며 전자 부품의 실제 고려 사항을 고려하지 않을 때 이상적인 BPF의 주파수 응답은 다음과 같습니다.
모든 필터의 차단 주파수는 임계 주파수입니다. $f_{c}$필터가 신호를 감쇠 (절단)하기위한 것입니다. 이상적인 필터는 완벽한 차단이있는 반면 실용적인 필터는 제한이 거의 없습니다.
밴드 스톱 필터
주파수 집합을 차단하거나 감쇠하는 필터 회로 between two specified values 로 불릴 수 있습니다 Band Stop filter. 이 필터는 주파수 대역을 거부하므로 다음과 같이 호출 할 수도 있습니다.Band Reject Filter.
저주파와 고주파수를 거의 제거해야하므로 지정된 주파수 세트를 선택하려면 LPF와 HPF를 캐스케이드하여 BSF를 얻어야합니다. 이는 주파수 응답 곡선을 관찰하여도 쉽게 이해할 수 있습니다.
대역 정지 필터의 회로도는 다음과 같습니다.
위의 회로는 RL 회로 또는 RLC 회로를 사용하여 구성 할 수도 있습니다. 위의 것은 간단한 이해를 위해 선택된 RC 회로입니다.
대역 정지 필터 (BSF)의 기호는 다음과 같습니다.
주파수 응답
실제 필터의 주파수 응답은 다음과 같으며 전자 부품의 실제 고려 사항을 고려하지 않을 때 이상적인 BSF의 주파수 응답은 다음과 같습니다.
모든 필터의 차단 주파수는 임계 주파수입니다. $f_{c}$필터가 신호를 감쇠 (절단)하기위한 것입니다. 이상적인 필터는 완벽한 차단이있는 반면 실용적인 필터는 제한이 거의 없습니다.
저역 통과 및 고역 통과 필터 회로는 많은 응용 분야에서 특수 회로로 사용됩니다. 저역 통과 필터 (LPF)는Integrator, 고역 통과 필터 (HPF)는 Differentiator. 이 두 가지 수학 함수는 많은 응용 분야에서 전자 엔지니어의 노력을 줄이는 이러한 회로에서만 가능합니다.
통합 자로서의 저역 통과 필터
저주파에서는 용량 성 리액턴스가 무한 해지고 고주파에서는 리액턴스가 0이됩니다. 따라서 저주파에서 LPF는 유한 한 출력을 가지며 고주파에서 출력은 적분기 회로와 동일합니다. 따라서 저역 통과 필터는integrator.
LPF가 통합 자로 작동하려면
$$\tau \gg T$$
어디 $\tau = RC$ 회로의 시정 수
그러면 C의 전압 변동이 매우 작습니다.
$$V_{i}=iR+\frac{1}{C} \int i \:dt$$
$$V_{i}\cong iR$$
$$Since \:\: \frac{1}{C} \int i \:dt \ll iR$$
$$i=\frac{V_{i}}{R}$$
$$ Since \:\: V_{0}=\frac{1}{C}\int i dt =\frac{1}{RC}\int V_{i}dt=\frac{1}{\tau }\int V_{i} dt$$
$$Output \propto \int input$$
따라서 시간 상수가 큰 LPF는 입력의 적분에 비례하는 출력을 생성합니다.
주파수 응답
적분기로 작동 할 때 실제 저역 통과 필터의 주파수 응답은 다음과 같습니다.
출력 파형
적분기 회로에 사인파 입력이 주어지면 출력은 코사인 파가됩니다. 입력이 구형파 인 경우 출력 파형은 모양이 변경되어 아래 그림과 같이 나타납니다.
미분기로서의 고역 통과 필터
낮은 주파수에서 미분기의 출력은 0 인 반면 높은 주파수에서는 출력이 유한 한 값입니다. 이것은 차별화 요소와 동일합니다. 따라서 고역 통과 필터는 차별화 요소로 작동한다고합니다.
RC HPF의 시간 상수가 입력 신호의 시간주기보다 훨씬 작 으면 회로가 미분기로 작동합니다. 그러면 R 양단의 전압 강하는 C 양단의 강하와 비교할 때 매우 작습니다.
$$V_{i}=\frac{1}{C}\int i \:dt +iR$$
그러나 $iR=V_{0}$ 작다
$$since V_{i}=\frac{1}{C}\int i \:dt$$
$$i=\frac{V_{0}}{R}$$
$$Since \: V_{i} =\frac{1}{\tau }\int V_{0} \:dt$$
어디 $\tau =RC$ 회로의 시정 수.
양측을 구분하면
$$\frac{dV_{i}}{dt}=\frac{V_0}{\tau }$$
$$V_{0}=\tau \frac{dV_{i}}{dt}$$
$$Since \:V_{0}\propto \frac{dV_{i}}{dt}$$
출력은 입력 신호의 차동에 비례합니다.
주파수 응답
미분기로 작동 할 때 실제 고역 통과 필터의 주파수 응답은 다음과 같습니다.
출력 파형
미분기 회로에 사인파 입력이 주어지면 출력은 코사인 파가됩니다. 입력이 구형파 인 경우 출력 파형은 모양이 변경되어 아래 그림과 같이 나타납니다.
이 두 회로는 주로 다양한 전자 응용 분야에서 사용됩니다. 미분기 회로는 적용된 입력이 꾸준히 변하는 경향이있을 때 일정한 출력 전압을 생성합니다. 적분기 회로는 적용된 입력 전압이 일정 할 때 꾸준히 변화하는 출력 전압을 생성합니다.
저항과 함께 비선형 요소는 diodes필요한 변경된 출력을 얻기 위해 비선형 파형 형성 회로에 사용됩니다. 웨이브의 모양이 감쇠되거나 웨이브의 dc 레벨이 비선형 웨이브 쉐이핑에서 변경됩니다.
비선형 요소를 사용하여 정현파 입력에서 비 정현파 출력 파형을 생성하는 과정을 다음과 같이 호출합니다. nonlinear wave shaping.
클리퍼 회로
Clipper 회로는 rejects the part 지정된 입력 웨이브의 allowing the remaining일부. 결정된 차단 전압 위 또는 아래의 파동 부분이 잘 리거나 잘립니다.
클리핑 회로는 저항 및 다이오드와 같은 선형 및 비선형 요소로 구성되지만 커패시터와 같은 에너지 저장 요소는 아닙니다. 이러한 클리핑 회로는 유리하기 때문에 많은 응용 분야를 가지고 있습니다.
클리핑 회로의 주요 이점은 진폭에 존재하는 원치 않는 노이즈를 제거하는 것입니다.
이들은 클리핑을 통해 사인파를 사각 파로 변환 할 수 있으므로 사각 파 변환기로 작동 할 수 있습니다.
원하는 파동의 진폭은 일정한 수준으로 유지 될 수 있습니다.
Diode Clippers 중 두 가지 주요 유형은 다음과 같습니다. positive 과 negative clippers. 다음 두 장에서이 두 가지 유형의 가위에 대해 설명합니다.
입력 신호의 양의 부분을 감쇠시키기위한 Clipper 회로는 Positive Clipper. 양극 다이오드 클리퍼 회로 중에는 다음과 같은 유형이 있습니다.
- 포지티브 시리즈 클리퍼
- 포지티브 시리즈 클리퍼 $V_{r}$ (기준 전압)
- 네거티브와 포지티브 시리즈 클리퍼 $V_{r}$
- 포지티브 션트 클리퍼
- 포지티브와 포지티브 션트 클리퍼 $V_{r}$
- 네거티브와 포지티브 션트 클리퍼 $V_{r}$
이러한 각 유형에 대해 자세히 설명하겠습니다.
포지티브 시리즈 클리퍼
다이오드가 입력 신호에 직렬로 연결되고 파형의 양의 부분을 감쇠시키는 Clipper 회로는 다음과 같이 불립니다. Positive Series Clipper. 다음 그림은 포지티브 시리즈 클리퍼의 회로도를 나타냅니다.
Positive Cycle of the Input− 입력 전압이인가되면 입력의 양의주기가 회로의 A 지점을 지점 B에 대해 양의 값으로 만듭니다. 이렇게하면 다이오드가 역 바이어스되어 개방 스위치처럼 작동합니다. 따라서 부하 저항기의 전압은 전류가 흐르지 않으므로 0이됩니다.$V_{0}$ 0이됩니다.
Negative Cycle of the Input− 입력의 음의주기는 회로의 점 A를 점 B에 대해 음의 값으로 만듭니다. 이렇게하면 다이오드가 순방향 바이어스가되어 닫힌 스위치처럼 전도됩니다. 따라서 부하 저항의 전압은 출력에 완전히 나타나기 때문에 적용된 입력 전압과 동일합니다.$V_{0}$.
파형
위의 그림에서 파형을 관찰하면 양의 피크의 일부만 잘린 것을 알 수 있습니다. 이것은 V0 양단의 전압 때문입니다. 그러나 이상적인 결과물은 그렇게 의도 된 것이 아닙니다. 다음 그림을 살펴 보겠습니다.
이상적인 출력과 달리 0.7v의 다이오드 전도 전압으로 인해 실제 출력에 포지티브 사이클의 비트 부분이 존재합니다. 따라서 실용적이고 이상적인 출력 파형에 차이가있을 것입니다.
포지티브 시리즈 클리퍼 $V_{r}$
다이오드가 입력 신호에 직렬로 연결되고 양의 기준 전압으로 바이어스되는 Clipper 회로 $V_{r}$ 파형의 양의 부분을 감쇠시키는 것은 Positive Series Clipper with positive $V_{r}$. 다음 그림은 적용된 기준 전압이 양일 때 양의 직렬 클리퍼의 회로도를 나타냅니다.
입력의 양의주기 동안 다이오드는 역 바이어스되고 기준 전압이 출력에 나타납니다. 네거티브 사이클 동안 다이오드는 순방향 바이어스되고 닫힌 스위치처럼 전도됩니다. 따라서 출력 파형은 위 그림과 같이 나타납니다.
네거티브와 포지티브 시리즈 클리퍼 $V_{r}$
다이오드가 입력 신호에 직렬로 연결되고 음의 기준 전압으로 바이어스되는 Clipper 회로 $V_{r}$ 파형의 양의 부분을 감쇠시키는 것은 Positive Series Clipper with negative $V_{r}$. 다음 그림은 적용된 기준 전압이 음일 때 양극 직렬 클리퍼의 회로도를 나타냅니다.
입력의 양의주기 동안 다이오드는 역 바이어스되고 기준 전압이 출력에 나타납니다. 기준 전압이 음이므로 진폭이 일정한 동일한 전압이 표시됩니다. 네거티브 사이클 동안 다이오드는 순방향 바이어스되고 닫힌 스위치처럼 전도됩니다. 따라서 기준 전압보다 큰 입력 신호가 출력에 나타납니다.
포지티브 션트 클리퍼
다이오드가 입력 신호에 션트로 연결되고 파형의 양의 부분을 감쇠시키는 Clipper 회로는 다음과 같이 불립니다. Positive Shunt Clipper. 다음 그림은 포지티브 션트 클리퍼의 회로도를 나타냅니다.
Positive Cycle of the Input− 입력 전압이 적용될 때 입력의 양의주기는 회로의 A 지점을 지점 B에 대해 양의 값으로 만듭니다. 이렇게하면 다이오드가 순방향 바이어스가되어 닫힌 스위치처럼 전도됩니다. 따라서 부하 저항기의 전압은 전류가 흐르지 않으므로 0이됩니다.$V_{0}$ 0이됩니다.
Negative Cycle of the Input− 입력의 음의주기는 회로의 점 A를 점 B에 대해 음의 값으로 만듭니다. 이렇게하면 다이오드가 역 바이어스되므로 개방 스위치처럼 동작합니다. 따라서 부하 저항의 전압은 출력에 완전히 나타나기 때문에 적용된 입력 전압과 동일합니다.$V_{0}$.
파형
위의 그림에서 파형을 관찰하면 양의 피크의 일부만 잘린 것을 알 수 있습니다. 이것은 전압 때문입니다.$V_{0}$. 그러나 이상적인 결과물은 그렇게 의도 된 것이 아닙니다. 다음 그림을 살펴 보겠습니다.
이상적인 출력과 달리 0.7v의 다이오드 전도 전압으로 인해 실제 출력에 포지티브 사이클의 비트 부분이 존재합니다. 따라서 실용적이고 이상적인 출력 파형에 차이가있을 것입니다.
포지티브와 포지티브 션트 클리퍼 $V_{r}$
다이오드가 입력 신호에 션트로 연결되고 양의 기준 전압으로 바이어스되는 Clipper 회로 $V_{r}$ 파형의 양의 부분을 감쇠시키는 것은 Positive Shunt Clipper with positive $V_{r}$. 다음 그림은 적용된 기준 전압이 양일 때 양의 션트 클리퍼의 회로도를 나타냅니다.
입력의 포지티브 사이클 동안 다이오드는 순방향 바이어스가되고 기준 전압 만 출력에 나타납니다. 네거티브 사이클 동안 다이오드는 역 바이어스되어 개방 스위치로 작동합니다. 전체 입력이 출력에 나타납니다. 따라서 출력 파형은 위 그림과 같이 나타납니다.
네거티브와 포지티브 션트 클리퍼 $V_{r}$
다이오드가 입력 신호에 션트로 연결되고 음의 기준 전압으로 바이어스되는 Clipper 회로 $V_{r}$ 파형의 양의 부분을 감쇠시키는 것은 Positive Shunt Clipper with negative $V_{r}$.
다음 그림은 적용된 기준 전압이 음일 때 양의 션트 클리퍼의 회로도를 나타냅니다.
입력의 포지티브 사이클 동안 다이오드는 순방향 바이어스되고 기준 전압이 출력에 나타납니다. 기준 전압이 음이므로 진폭이 일정한 동일한 전압이 표시됩니다. 네거티브 사이클 동안 다이오드는 역 바이어스되어 개방 스위치로 작동합니다. 따라서 기준 전압보다 큰 입력 신호가 출력에 나타납니다.
입력 신호의 음의 부분을 감쇠시키기위한 Clipper 회로는 Negative Clipper. 네거티브 다이오드 클리퍼 회로 중 다음과 같은 유형이 있습니다.
- 네거티브 시리즈 클리퍼
- 긍정적 인 네거티브 시리즈 클리퍼 $V_{r}$ (기준 전압)
- 네거티브 시리즈 클리퍼 $V_{r}$
- 네거티브 션트 클리퍼
- 포지티브가있는 네거티브 션트 클리퍼 $V_{r}$
- 네거티브가있는 네거티브 션트 클리퍼 $V_{r}$
이러한 각 유형에 대해 자세히 설명하겠습니다.
네거티브 시리즈 클리퍼
다이오드가 입력 신호에 직렬로 연결되고 파형의 음의 부분을 감쇠시키는 Clipper 회로는 다음과 같이 불립니다. Negative Series Clipper. 다음 그림은 네거티브 시리즈 클리퍼의 회로도를 나타냅니다.
Positive Cycle of the Input− 입력 전압이 적용될 때 입력의 양의주기는 회로의 A 지점을 지점 B에 대해 양의 값으로 만듭니다. 이렇게하면 다이오드가 순방향 바이어스가되어 닫힌 스위치처럼 작동합니다. 따라서 입력 전압은 출력을 생성하기 위해 부하 저항에 완전히 나타납니다.$V_{0}$.
Negative Cycle of the Input− 입력의 음의주기는 회로의 점 A를 점 B에 대해 음의 값으로 만듭니다. 이렇게하면 다이오드가 역방향 바이어스가되므로 개방 스위치처럼 작동합니다. 따라서 부하 저항의 전압은 0이됩니다.$V_{0}$ 제로.
파형
위의 그림에서 파형을 관찰하면 음의 피크의 일부만 잘린 것을 알 수 있습니다. 이것은 전압 때문입니다.$V_{0}$. 그러나 이상적인 결과물은 그렇게 의도 된 것이 아닙니다. 다음 그림을 살펴 보겠습니다.
이상적인 출력과 달리 0.7v의 다이오드 전도 전압으로 인해 실제 출력에 네거티브 사이클의 비트 부분이 존재합니다. 따라서 실용적이고 이상적인 출력 파형에 차이가있을 것입니다.
긍정적 인 네거티브 시리즈 클리퍼 $V_{r}$
다이오드가 입력 신호에 직렬로 연결되고 양의 기준 전압으로 바이어스되는 Clipper 회로 $V_{r}$ 파형의 음의 부분을 감쇠시키는 것은 Negative Series Clipper with positive $V_{r}$. 다음 그림은 적용된 기준 전압이 양일 때 음의 시리즈 클리퍼의 회로도를 나타냅니다.
입력의 양의주기 동안 다이오드는 양극 전압 값이 다이오드의 음극 전압 값을 초과 할 때만 전도를 시작합니다. 음극 전압이 적용된 기준 전압과 같으므로 출력은 다음과 같습니다.
네거티브 시리즈 클리퍼 $V_{r}$
다이오드가 입력 신호에 직렬로 연결되고 음의 기준 전압으로 바이어스되는 Clipper 회로 $V_{r}$ 파형의 음의 부분을 감쇠시키는 것은 Negative Series Clipper with negative $V_{r}$. 다음 그림은 적용된 기준 전압이 음일 때 음의 시리즈 클리퍼의 회로도를 나타냅니다.
입력의 양의주기 동안 다이오드는 순방향 바이어스되고 입력 신호가 출력에 나타납니다. 네거티브 사이클 동안 다이오드는 역 바이어스되어 전도되지 않습니다. 그러나 적용되는 음의 기준 전압이 출력에 나타납니다. 따라서 출력 파형의 음의주기는이 기준 레벨 이후에 잘립니다.
네거티브 션트 클리퍼
다이오드가 입력 신호에 분로로 연결되고 파형의 음의 부분을 감쇠시키는 Clipper 회로를 Negative Shunt Clipper라고합니다. 다음 그림은 회로도를 나타냅니다.negative shunt clipper.
Positive Cycle of the Input− 입력 전압이인가되면 입력의 양의주기가 회로의 A 지점을 지점 B에 대해 양의 값으로 만듭니다. 이렇게하면 다이오드가 역 바이어스되어 개방 스위치처럼 작동합니다. 따라서 부하 저항의 전압은 출력에 완전히 나타나기 때문에 적용된 입력 전압과 같습니다.$V_{0}$
Negative Cycle of the Input− 입력의 음의주기는 회로의 점 A를 점 B에 대해 음의 값으로 만듭니다. 이렇게하면 다이오드가 순방향 바이어스가되어 닫힌 스위치처럼 전도됩니다. 따라서 부하 저항기의 전압은 전류가 흐르지 않기 때문에 0이됩니다.
파형
위의 그림에서 파형을 관찰하면 음의 피크의 일부만 잘린 것을 알 수 있습니다. 이것은 전압 때문입니다.$V_{0}$. 그러나 이상적인 결과물은 그렇게 의도 된 것이 아닙니다. 다음 그림을 살펴 보겠습니다.
이상적인 출력과 달리 0.7v의 다이오드 전도 전압으로 인해 실제 출력에 네거티브 사이클의 비트 부분이 존재합니다. 따라서 실용적이고 이상적인 출력 파형에 차이가있을 것입니다.
포지티브가있는 네거티브 션트 클리퍼 $V_{r}$
다이오드가 입력 신호에 션트로 연결되고 양의 기준 전압으로 바이어스되는 Clipper 회로 $V_{r}$ 파형의 음의 부분을 감쇠시키는 것은 Negative Shunt Clipper with positive $V_{r}$. 다음 그림은 적용된 기준 전압이 양일 때 음의 션트 클리퍼의 회로도를 나타냅니다.
입력의 포지티브 사이클 동안 다이오드는 역 바이어스되고 개방 스위치로 작동합니다. 따라서 적용된 기준 전압보다 큰 전체 입력 전압이 출력에 나타납니다. 기준 전압 레벨 미만의 신호는 잘립니다.
음의 반주기 동안 다이오드가 순방향 바이어스되고 루프가 완료되면 출력이 없습니다.
네거티브가있는 네거티브 션트 클리퍼 $V_{r}$
다이오드가 입력 신호에 션트로 연결되고 음의 기준 전압으로 바이어스되는 Clipper 회로 $V_{r}$ 파형의 음의 부분을 감쇠시키는 것은 Negative Shunt Clipper with negative $V_{r}$. 다음 그림은 적용된 기준 전압이 음일 때 음극 션트 클리퍼의 회로도를 나타냅니다.
입력의 포지티브 사이클 동안 다이오드는 역 바이어스되고 개방 스위치로 작동합니다. 따라서 전체 입력 전압이 출력에 나타납니다.$V_{o}$. 음의 반주기 동안 다이오드는 순방향 바이어스됩니다. 기준 전압까지의 음의 전압은 출력에 도달하고 나머지 신호는 잘립니다.
양방향 클리퍼
이것은 기준 전압이있는 포지티브 및 네거티브 클리퍼입니다. $V_{r}$. 입력 전압은 두 개의 기준 전압을 사용하여 입력 파형의 양 및 음 부분에서 양방향으로 클리핑됩니다. 이를 위해 두 개의 다이오드$D_{1}$ 과 $D_{2}$ 두 개의 기준 전압과 함께 $V_{r1}$ 과 $V_{r2}$ 회로에 연결됩니다.
이 회로는 Combinational Clipper회로. 아래 그림은 출력 파형과 함께 양방향 또는 조합형 클리퍼 회로의 회로 배열을 보여줍니다.
입력 신호의 양의 절반 동안 다이오드 $D_{1}$ 기준 전압을 만든다 $V_{r1}$출력에 나타납니다. 입력 신호의 마이너스 절반 동안 다이오드$D_{2}$ 기준 전압을 만든다 $V_{r1}$출력에 나타납니다. 따라서 두 다이오드는 두 사이클 동안 출력을 클리핑하기 위해 교대로 전도됩니다. 출력은 부하 저항을 통해 이루어집니다.
이것으로 우리는 주요 클리퍼 회로를 완성했습니다. 다음 장에서 클램퍼 회로를 살펴 보겠습니다.
클램퍼 회로는 AC 신호에 DC 레벨을 추가하는 회로입니다. 실제로 신호의 양 및 음 피크는 클램핑 회로를 사용하여 원하는 레벨에 배치 할 수 있습니다. DC 레벨이 이동함에 따라 클램퍼 회로를Level Shifter.
클램퍼 회로는 커패시터와 같은 에너지 저장 요소로 구성됩니다. 간단한 클램퍼 회로는 필요한 경우 커패시터, 다이오드, 저항 및 DC 배터리로 구성됩니다.
클램퍼 회로
Clamper 회로는 다이오드, 저항 및 적용된 신호의 실제 모양을 변경하지 않고 파형을 원하는 DC 레벨로 이동시키는 커패시터로 구성된 회로로 정의 할 수 있습니다.
파형의 기간을 유지하기 위해 tau 시간의 절반 이상이어야합니다 (커패시터의 방전 시간이 느려 야 함).
$$\tau = Rc$$
어디
- R은 사용 된 저항의 저항입니다.
- C는 사용 된 커패시터의 커패시턴스입니다.
커패시터의 충전 및 방전 시정 수는 클램퍼 회로의 출력을 결정합니다.
클램퍼 회로에서 입력 신호에 대해 출력 파형에서 위쪽 또는 아래쪽의 수직 이동이 발생합니다.
부하 저항과 커패시터는 파형에 영향을줍니다. 따라서 커패시터의 방전 시간은 충분히 커야합니다.
입력에 존재하는 DC 구성 요소는 커패시터 결합 네트워크가 사용될 때 거부됩니다 (커패시터가 dc를 차단 함). 따라서 언제dc 될 필요가있다 restored, 클램핑 회로가 사용됩니다.
클램퍼의 유형
다음과 같은 몇 가지 유형의 클램퍼 회로가 있습니다.
- 긍정적 인 클램퍼
- 포지티브 클램퍼 $V_r$
- 네거티브 포지티브 클램퍼 $V_r$
- 네거티브 클램퍼
- 포지티브가있는 네거티브 클램퍼 $V_{r}$
- 네거티브가있는 네거티브 클램퍼 $V_{r}$
자세히 살펴 보겠습니다.
포지티브 클램퍼 회로
클램핑 회로는 DC 레벨을 복원합니다. 신호의 음의 피크가 0 레벨 위로 올라갈 때 신호는positively clamped.
포지티브 클램퍼 회로는 다이오드, 저항 및 커패시터로 구성되고 출력 신호를 입력 신호의 포지티브 부분으로 이동하는 회로입니다. 아래 그림은 포지티브 클램퍼 회로의 구성을 설명합니다.
처음에 입력이 주어지면 커패시터는 아직 충전되지 않고 다이오드는 역 바이어스됩니다. 이 시점에서 출력은 고려되지 않습니다. 음의 반주기 동안 피크 값에서 커패시터는 한 플레이트에서 음으로 충전되고 다른 플레이트에서는 양으로 충전됩니다. 커패시터는 이제 피크 값으로 충전됩니다.$V_{m}$. 다이오드는 순방향 바이어스이며 심하게 전도됩니다.
다음 포지티브 하프 사이클 동안 커패시터는 포지티브 Vm으로 충전되고 다이오드는 역 바이어스되고 개방 회로가됩니다. 이 순간 회로의 출력은
$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$
따라서 신호는 위 그림과 같이 포지티브 클램핑됩니다. 출력 신호는 입력의 변화에 따라 변하지 만 입력 전압을 추가함에 따라 커패시터의 전하에 따라 레벨이 이동합니다.
포지티브 V r의 포지티브 클램퍼
포지티브 클램퍼 회로가 포지티브 기준 전압으로 바이어스되면 해당 전압이 출력에 추가되어 클램핑 된 레벨을 올립니다. 이를 이용하여 양의 기준 전압을 갖는 양의 클램퍼의 회로는 다음과 같이 구성됩니다.
양의 반주기 동안 기준 전압은 출력에서 다이오드를 통해 적용되고 입력 전압이 증가하면 다이오드의 음극 전압이 양극 전압에 비해 증가하여 전도가 중지됩니다. 음의 반주기 동안 다이오드는 순방향 바이어스되어 전도를 시작합니다. 커패시터 양단의 전압과 기준 전압은 함께 출력 전압 레벨을 유지합니다.
네거티브와 포지티브 클램퍼 $V_{r}$
일부 음의 기준 전압으로 바이어스 된 포지티브 클램퍼 회로는 해당 전압이 출력에 추가되어 클램핑 된 레벨을 높입니다. 이를 이용하여 양의 기준 전압을 갖는 양의 클램퍼의 회로는 다음과 같이 구성됩니다.
양의 반주기 동안 커패시터 양단의 전압과 기준 전압은 함께 출력 전압 레벨을 유지합니다. 음의 반주기 동안 다이오드는 음극 전압이 양극 전압보다 낮아지면 전도됩니다. 이러한 변화는 위 그림과 같이 출력 전압을 만듭니다.
네거티브 클램퍼
네거티브 클램퍼 회로는 다이오드, 저항 및 커패시터로 구성되고 출력 신호를 입력 신호의 네거티브 부분으로 이동하는 회로입니다. 아래 그림은 네거티브 클램퍼 회로의 구성을 설명합니다.
양의 반주기 동안 커패시터는 피크 값까지 충전됩니다. $v_{m}$. 다이오드는 순방향 바이어스되고 전도됩니다. 음의 반주기 동안 다이오드는 역 바이어스되고 개방 회로가됩니다. 이 순간 회로의 출력은
$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$
따라서 신호는 위의 그림과 같이 음으로 클램핑됩니다. 출력 신호는 입력의 변화에 따라 변하지 만 입력 전압을 추가함에 따라 커패시터의 전하에 따라 레벨이 이동합니다.
포지티브 V r이있는 네거티브 클램퍼
일부 양의 기준 전압으로 바이어스 된 경우 음의 클램퍼 회로는 해당 전압이 출력에 추가되어 클램핑 된 레벨을 높입니다. 이를 이용하여 양의 기준 전압을 갖는 음의 클램퍼의 회로는 다음과 같이 구성됩니다.
출력 전압은 음으로 클램핑되지만 적용된 기준 전압이 양이므로 출력 파형의 일부가 양의 레벨로 올라갑니다. 양의 반주기 동안 다이오드는 전도되지만 출력은 적용된 양의 기준 전압과 동일합니다. 음의 반주기 동안 다이오드는 개방 회로로 작동하고 커패시터 양단의 전압이 출력을 형성합니다.
네거티브 V r이있는 네거티브 클램퍼
음의 기준 전압으로 바이어스 된 경우 음의 클램퍼 회로는 해당 전압이 출력에 추가되어 클램핑 된 레벨을 높입니다. 이를 이용하여 음의 기준 전압을 갖는 음의 클램퍼 회로는 다음과 같이 구성됩니다.
다이오드의 음극은 0과 양극 전압보다 낮은 음의 기준 전압으로 연결됩니다. 따라서 다이오드는 제로 전압 레벨 전에 포지티브 하프 사이클 동안 전도를 시작합니다. 네거티브 하프 사이클 동안 커패시터 양단의 전압이 출력에 나타납니다. 따라서 파형은 음수 부분으로 고정됩니다.
응용
Clippers와 Clampers 모두에 대한 많은 응용 프로그램이 있습니다.
가위
- 파형의 생성 및 형성에 사용
- 스파이크로부터 회로 보호에 사용
- 진폭 복원에 사용
- 전압 제한기로 사용
- 텔레비전 회로에 사용
- FM 송신기에 사용
클램퍼
- 직류 복원기로 사용
- 왜곡을 제거하는 데 사용
- 전압 배율기로 사용
- 증폭기 보호에 사용
- 테스트 장비로 사용
- 기준선 안정제로 사용
클리퍼 및 클램퍼와 같은 파형 형성 회로와 함께 다이오드는이 장에서 논의 할 리미터 및 전압 배율기와 같은 다른 회로를 구성하는 데 사용됩니다. 다이오드에는 또한 정류기로 알려진 또 다른 중요한 애플리케이션이 있는데, 이에 대해서는 나중에 설명합니다.
제한 기
이 클리퍼와 클램퍼를 거치면서 자주 접하는 또 다른 이름은 리미터 회로입니다. ㅏlimiter 회로는 출력 전압이 미리 결정된 값을 초과하는 것을 제한하는 회로로 이해할 수 있습니다.
이것은 신호의 지정된 값을 초과하는 것을 허용하지 않는 다소 클리퍼 회로입니다. 실제로 클리핑은 극도의 제한이라고 할 수 있습니다. 따라서 제한은 부드러운 클리핑으로 이해 될 수 있습니다.
다음 이미지는 리미터 회로의 몇 가지 예를 보여줍니다.
리미터 회로의 성능은 전달 특성 곡선에서 이해할 수 있습니다. 이러한 곡선의 예는 다음과 같습니다.
리미터 특성을 나타내는 그래프에 하한 및 상한이 지정되어 있습니다. 이러한 그래프의 출력 전압은 다음과 같이 이해할 수 있습니다.
$$V_{0}= L_{-},KV_{i},L_{+}$$
어디
$$L_{-}=V_{i}\leq \frac{L_{-}}{k}$$
$$ KV_ {i} = \ frac {L _ {-}} {k} <V_ {i} <\ frac {L _ {+}} {k} $$
$$L_{+}=V_{i}\geq \frac{L_{+}}{K}$$
제한 기의 유형
다음과 같은 몇 가지 유형의 제한 기가 있습니다.
Unipolar Limiter −이 회로는 신호를 한 방향으로 제한합니다.
Bipolar Limiter −이 회로는 신호를 양방향으로 제한합니다.
Soft Limiter −이 회로에서 입력이 약간 변경 되어도 출력이 변경 될 수 있습니다.
Hard Limiter − 입력 신호의 변화에 따라 출력이 쉽게 변하지 않습니다.
Single Limiter −이 회로는 제한을 위해 하나의 다이오드를 사용합니다.
Double Limiter −이 회로는 제한을 위해 2 개의 다이오드를 사용합니다.
전압 배율기
경우에 따라 전압을 곱해야하는 응용 분야가 있습니다. 이것은 다이오드와 커패시터를 사용하는 간단한 회로의 도움으로 쉽게 수행 할 수 있습니다. 전압이 두 배가되면 이러한 회로를 Voltage Doubler라고합니다. 이것은 높은 DC 전압을 얻기 위해 Voltage Tripler 또는 Voltage Quadrupler 등으로 확장 될 수 있습니다.
더 나은 이해를 위해 전압에 2의 계수를 곱하는 회로를 고려해 보겠습니다.이 회로는 Voltage Doubler. 다음 그림은 전압 배가 회로를 보여줍니다.
인가되는 입력 전압은 아래 그림과 같이 사인파 형태의 AC 신호입니다.
일
전압 배율기 회로는 입력 신호의 각 반주기를 분석하여 이해할 수 있습니다. 각 사이클은 다이오드와 커패시터가 다른 방식으로 작동하게합니다. 이것을 이해하려고 노력합시다.
During the first positive half cycle − 입력 신호가인가되면 커패시터 $C_{1}$ 충전되고 다이오드 $D_{1}$순방향 편향입니다. 다이오드 동안$D_{2}$ 역 바이어스되고 커패시터 $C_{2}$요금이 부과되지 않습니다. 이것은 출력을 만든다$V_{0}$ 되려고 $V_{m}$
이것은 다음 그림에서 이해할 수 있습니다.
따라서 0에서 $\pi$, 생성 된 출력 전압은 $V_{max}$. 커패시터$C_{1}$ 순방향 바이어스 다이오드를 통해 충전됩니다. $D_{1}$ 출력을 제공하는 동안 $C_{2}$충전하지 않습니다. 이 전압은 출력에 나타납니다.
During the negative half cycle − 그 후 음의 반주기가 도래하면 다이오드 $D_{1}$ 역 바이어스되고 다이오드 $D_{2}$앞으로 편향됩니다. 다이오드$D_{2}$ 커패시터를 통해 전하를 얻습니다. $C_{2}$이 과정에서 청구됩니다. 그런 다음 전류가 커패시터를 통해 흐릅니다.$C_{1}$어느 방전. 다음 그림에서 이해할 수 있습니다.
따라서 $\pi$ ...에 $2\pi$, 커패시터 양단의 전압 $C_{2}$ 될거야 $V_{max}$. 커패시터$C_{1}$완전히 충전되어 방전되는 경향이 있습니다. 이제 두 커패시터의 전압이 함께 출력에 나타납니다.$2V_{max}$. 따라서 출력 전압$V_{0}$ 이주기 동안 $2V_{max}$
During the next positive half cycle − 커패시터 $C_{1}$ 전원과 다이오드에서 충전됩니다. $D_{1}$앞으로 편향됩니다. 커패시터$C_{2}$ 방전 방법과 다이오드를 찾지 못하므로 충전을 유지합니다. $D_{2}$역 편향됩니다. 이제 출력 전압$V_{0}$ 이 사이클의 두 커패시터에서 출력에 함께 나타나는 전압을 가져옵니다. $2V_{max}$.
During the next negative half cycle − 다음 음의 반주기는 커패시터를 만듭니다. $C_{1}$ 다시 완전 충전 및 다이오드 방전 $D_{1}$ 바이어스를 뒤집기 위해 $D_{2}$ 순방향 및 커패시터 $C_{2}$전압을 유지하기 위해 추가로 충전합니다. 이제 출력 전압$V_{0}$ 이 사이클의 두 커패시터에서 출력에 함께 나타나는 전압을 가져옵니다. $2V_{max}$.
따라서 출력 전압 $V_{0}$ 유지됩니다 $2V_{max}$ 작동 전반에 걸쳐 회로가 전압을 두 배로 만듭니다.
전압 배율기는 주로 높은 DC 전압이 필요한 곳에 사용됩니다. 예를 들어, 음극선 관 및 컴퓨터 디스플레이.
전압 분배기
다이오드는 전압을 곱하는 데 사용되지만 직렬 저항 세트를 작은 네트워크로 만들어 전압을 나눌 수 있습니다. 이러한 네트워크를Voltage Divider 네트워크.
전압 분배기는 더 큰 전압을 더 작은 전압으로 바꾸는 회로입니다. 이것은 직렬로 연결된 저항을 사용하여 수행됩니다. 출력은 입력의 일부입니다. 출력 전압은 구동하는 부하의 저항에 따라 달라집니다.
전압 분배기 회로가 어떻게 작동하는지 알아 보겠습니다. 아래 그림은 간단한 전압 분배기 네트워크의 예입니다.
출력 전압에 대한 식을 그리려고하면
$$V_{i}=i\left ( R_{1}+R_{2} \right )$$
$$i=\frac{V-{i}}{\left ( R_{1}+R_{2} \right )}$$
$$V_{0}=i \:R_{2}\rightarrow \:i\:=\frac{V_{0}}{R_{2}}$$
둘 다 비교하면
$$\frac{V_{0}}{R_{2}}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}$$
$$V_{0}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}R_{2}$$
출력 전압 값을 구하는 식입니다. 따라서 출력 전압은 네트워크의 저항기 저항 값에 따라 나뉩니다. 다른 출력 전압의 다른 부분을 갖기 위해 더 많은 저항이 추가됩니다.
전압 분배기에 대해 더 많이 이해하는 예제 문제가 있습니다.
예
2 개의 직렬 저항 2kΩ 및 5kΩ을 사용하여 입력 전압이 10v 인 네트워크의 출력 전압을 계산합니다.
출력 전압 $V_{0}$ ~에 의해 주어진다
$$V_{0}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}R_{2}$$
$$=\frac{10}{\left ( 2 + 5 \right )k\Omega }5k\Omega$$
$$=\frac{10}{7}\times 5=\frac{50}{7}$$
$$=7.142v$$
출력 전압 $V_0$ 위의 문제는 7.14v입니다.
다이오드는 다양한 응용 분야에서 사용할 수있는 2 단자 PN 접합입니다. 이러한 응용 프로그램 중 하나는 전기 스위치입니다. 순방향 바이어스 일 때 PN 접합은 폐쇄 회로로 작동하고 역방향 바이어스 일 때 개방 회로로 작동합니다. 따라서 순방향 및 역방향 바이어스 상태의 변화로 인해 다이오드가 스위치로 작동합니다.forward 존재 ON 그리고 reverse 존재 OFF 상태.
기계식 스위치에 대한 전기 스위치
전기 스위치는 다음과 같은 이유로 기계식 스위치보다 선호되는 선택입니다.
- 기계식 스위치는 금속이 산화되기 쉬운 반면 전기 스위치는 그렇지 않습니다.
- 기계식 스위치에는 이동식 접점이 있습니다.
- 그들은 전기 스위치보다 스트레스와 변형에 더 취약합니다.
- 기계식 스위치의 마모 및 찢김은 종종 작동에 영향을 미칩니다.
따라서 전기 스위치가 기계식 스위치보다 더 유용합니다.
다이오드를 스위치로 사용
지정된 전압을 초과 할 때마다 다이오드 저항이 증가하여 다이오드가 역 바이어스되고 개방 스위치로 작동합니다. 적용된 전압이 기준 전압보다 낮을 때마다 다이오드 저항이 감소하여 다이오드가 순방향 바이어스되고 폐쇄 스위치로 작동합니다.
다음 회로는 스위치 역할을하는 다이오드를 설명합니다.
스위칭 다이오드는 P 영역이 약간 도핑되고 N 영역이 많이 도핑되는 PN 접합을 가지고 있습니다. 위의 회로는 양극 전압이 다이오드를 순방향 바이어스하면 다이오드가 ON되고 음극 전압이 다이오드를 역방향 바이어스하면 다이오드가 OFF됩니다.
울리는
그때까지 순방향 전류가 흐르면 갑작스런 역 전압이 발생하면 즉시 전원이 꺼지는 대신 역전 류가 한 번 흐릅니다. 누설 전류가 높을수록 손실이 커집니다. 다이오드가 갑자기 역 바이어스되었을 때 역전 류의 흐름은 때때로 다음과 같은 몇 가지 진동을 생성 할 수 있습니다.RINGING.
이 링잉 상태는 손실이므로 최소화해야합니다. 이를 위해서는 다이오드의 스위칭 시간을 이해해야합니다.
다이오드 스위칭 시간
바이어스 조건을 변경하는 동안 다이오드는 transient response. 평형 위치에서 갑작스러운 변화에 대한 시스템의 응답을 과도 응답이라고합니다.
순방향에서 역방향으로, 역방향에서 순방향 바이어스로의 갑작스러운 변화는 회로에 영향을 미칩니다. 이러한 갑작스러운 변화에 대응하는 데 걸리는 시간은 전기 스위치의 효과를 정의하는 중요한 기준입니다.
다이오드가 정상 상태로 회복되기까지 걸리는 시간을 Recovery Time.
다이오드가 역방향 바이어스 상태에서 순방향 바이어스 상태로 전환하는 데 걸리는 시간 간격은 다음과 같습니다. Forward Recovery Time.($t_{fr}$)
다이오드가 순방향 바이어스 상태에서 역방향 바이어스 상태로 전환하는 데 걸리는 시간 간격은 다음과 같습니다. Reverse Recovery Time. ($t_{fr}$)
이를 더 명확하게 이해하기 위해 전압이 스위칭 PN 다이오드에 적용되면 어떤 일이 발생하는지 분석해 보겠습니다.
캐리어 농도
소수 전하 캐리어 농도는 접합부에서 멀어지면 기하 급수적으로 감소합니다. 전압이 가해지면 순방향 바이어스 상태로 인해 한쪽의 대다수 캐리어가 다른 쪽쪽으로 이동합니다. 그들은 다른 쪽의 소수 운반자가됩니다. 이 농도는 교차점에 더 많이있을 것입니다.
예를 들어, N 형을 고려하면 순방향 바이어스를 적용한 후 N 형으로 들어가는 구멍의 초과는 N 형 재료의 이미 존재하는 소수 캐리어에 추가됩니다.
몇 가지 표기법을 고려해 보겠습니다.
- P 형 (구멍)의 대다수 캐리어 = $P_{po}$
- N 형 (전자)의 대다수 캐리어 = $N_{no}$
- P 형 (전자)의 소수 캐리어 = $N_{po}$
- N 형 (구멍)의 대다수 캐리어 = $P_{no}$
During Forward biased Condition− 소수 캐리어는 교차로에 더 가깝고 교차로에서 더 멀리 떨어져 있습니다. 아래 그래프가이를 설명합니다.
P 유형의 초과 소수 캐리어 요금 = $P_n-P_{no}$ 와 $p_{no}$ (안정 상태 값)
N 형의 초과 소수 캐리어 요금 = $N_p-N_{po}$ 와 $N_{po}$ (안정 상태 값)
During reverse bias condition− 대다수 캐리어는 접합부를 통해 전류를 전도하지 않으므로 현재 상태에 참여하지 않습니다. 스위칭 다이오드는 역방향으로 단락 된 것처럼 동작합니다.
소수 캐리어는 교차점을 가로 질러 전류를 전도합니다. Reverse Saturation Current. 다음 그래프는 역 바이어스 동안의 상태를 나타냅니다.
위 그림에서 점선은 평형 값을 나타내고 실선은 실제 값을 나타냅니다. 소수 전하 캐리어로 인한 전류가 전도 할만큼 충분히 크기 때문에이 초과 전하가 제거 될 때까지 회로가 켜집니다.
다이오드가 순방향 바이어스에서 역방향 바이어스로 변경하는 데 필요한 시간을 Reverse recovery time ($t_{rr}$). 다음 그래프는 다이오드 스위칭 시간을 자세히 설명합니다.
위의 그림에서 다이오드 전류 그래프를 고려해 보겠습니다.
에서 $t_{1}$다이오드가 갑자기 ON 상태에서 OFF 상태로 전환됩니다. 저장 시간이라고합니다.Storage time초과 소수 캐리어 요금을 제거하는 데 필요한 시간입니다. N에서 P 유형 재료로 흐르는 음의 전류는 보관 시간 동안 상당한 양입니다. 이 음의 전류는
$$-I_R= \frac{-V_{R}}{R}$$
다음 기간은 transition time”(출처 : $t_2$ ...에 $t_3$)
전환 시간은 다이오드가 완전히 개방 회로 상태에 도달하는 데 걸리는 시간입니다. 후$t_3$다이오드는 정상 상태 역 바이어스 상태가됩니다. 전에$t_1$ 다이오드가 정상 상태 순방향 바이어스 상태에 있습니다.
따라서 완전히 개방 회로 상태에 도달하는 데 걸리는 시간은
$$Reverse \:\:recovery\:\: time\left ( t_{rr} \right )= Storage \:\:time \left ( T_{s} \right )+Transition \:\: time \left ( T_{t} \right )$$
OFF 상태에서 ON 상태가되는 반면, Forward recovery time. 역방향 복구 시간은 순방향 복구 시간보다 큽니다. 이 역 회복 시간이 짧아지면 다이오드가 더 나은 스위치로 작동합니다.
정의
논의 된 기간의 정의를 살펴 보겠습니다.
Storage time − 역 바이어스 상태에서도 다이오드가 전도 상태로 유지되는 시간을 다음과 같이 부릅니다. Storage time.
Transition time − 비전도 상태, 즉 정상 상태 역 바이어스로 되돌아가는 데 걸린 시간을 Transition time.
Reverse recovery time − 다이오드가 순방향 바이어스에서 역방향 바이어스로 변경하는 데 필요한 시간을 Reverse recovery time.
Forward recovery time − 다이오드가 역방향 바이어스에서 순방향 바이어스로 변경되는 데 필요한 시간을 Forward recovery time.
다이오드 스위칭 시간에 영향을 미치는 요인
다음과 같이 다이오드 스위칭 시간에 영향을 미치는 요인은 거의 없습니다.
Diode Capacitance − PN 접합 커패시턴스는 바이어스 조건에 따라 변경됩니다.
Diode Resistance − 상태를 변경하기 위해 다이오드가 제공하는 저항.
Doping Concentration − 다이오드의 도핑 수준은 다이오드 스위칭 시간에 영향을 미칩니다.
Depletion Width− 공 핍층의 폭이 좁을수록 스위칭 속도가 빨라집니다. 제너 다이오드는 애벌랜치 다이오드보다 공핍 영역이 좁기 때문에 전자가 더 나은 스위치가됩니다.
응용
다음과 같이 다이오드 스위칭 회로가 사용되는 많은 응용 분야가 있습니다.
- 고속 정류 회로
- 고속 스위칭 회로
- RF 수신기
- 범용 애플리케이션
- 소비자 애플리케이션
- 자동차 애플리케이션
- 통신 애플리케이션 등
이 장에서는 다이오드 회로의 다른 섹션에 대한 새로운 시작을 제공합니다. 이것은 우리가 일상 생활에서 접하게되는 전원 공급 회로를 소개합니다. 모든 전자 장치는 해당 전자 장치의 다양한 섹션에 필요한 양의 AC 또는 DC 전원 공급을 제공하는 전원 공급 장치로 구성됩니다.
전원 공급 장치 필요
컴퓨터, 텔레비전, 음극선 오실로스코프 등과 같은 전자 장치에는 많은 작은 섹션이 있지만 이러한 모든 섹션에는 230V AC 공급이 필요하지 않습니다.
대신 하나 이상의 섹션에 12v DC가 필요할 수 있고 다른 섹션에는 30v DC가 필요할 수 있습니다. 필요한 DC 전압을 제공하려면 들어오는 230v AC 공급 장치를 사용을 위해 순수 DC로 변환해야합니다. 그만큼Power supply units 같은 목적으로 봉사하십시오.
실용적인 전원 공급 장치는 다음 그림과 같습니다.
이제 전원 공급 장치를 만드는 여러 부분을 살펴 보겠습니다.
전원 공급 장치의 부품
일반적인 전원 공급 장치는 다음과 같이 구성됩니다.
Transformer − 230v AC 전원 공급 장치의 강압을위한 입력 변압기.
Rectifier − 신호에있는 AC 구성 요소를 DC 구성 요소로 변환하는 정류기 회로.
Smoothing − 정류 된 출력에 존재하는 변동을 완화하기위한 필터링 회로.
Regulator − 전압을 원하는 출력 레벨로 제어하기위한 전압 조정기 회로.
Load − 조정 된 출력에서 순수 DC 출력을 사용하는 부하.
전원 공급 장치의 블록 다이어그램
조절 된 전원 공급 장치의 블록 다이어그램은 다음과 같습니다.
위의 다이어그램에서 변압기가 초기 단계에 있음이 분명합니다. BASIC ELECTRONICS 튜토리얼에서 트랜스포머에 관한 개념을 이미 살펴 봤지만 한 번 살펴 보겠습니다.
변신 로봇
변압기에는 primary coil 어느쪽으로 input 주어지고 secondary coil 어디에서 output수집됩니다. 이 두 코일은 모두 코어 재료에 감겨 있습니다. 일반적으로 절연체는Core 변압기의.
다음 그림은 실제 변압기를 보여줍니다.
위의 그림에서 몇 가지 표기법이 일반적임을 알 수 있습니다. 그들은 다음과 같습니다-
$N_{p}$ = 1 차 권선의 회전 수
$N_{s}$ = 2 차 권선의 권수
$I_{p}$ = 변압기의 1 차측에 흐르는 전류
$I_{s}$ = 변압기의 2 차측에 흐르는 전류
$V_{p}$ = 변압기의 1 차측 전압
$V_{s}$ = 변압기의 2 차측 전압
$\phi$ = 변압기 코어 주변에 자속 존재
회로의 변압기
다음 그림은 변압기가 회로에서 어떻게 표현되는지 보여줍니다. 1 차 권선, 2 차 권선 및 변압기의 코어도 다음 그림에 표시됩니다.
따라서 변압기가 회로에 연결되면 입력 공급 장치가 1 차 코일에 제공되어이 전원 공급 장치로 다양한 자속을 생성하고 그 자속이 변압기의 2 차 코일로 유도되어 다양한 EMF를 생성합니다. 다양한 플럭스. 플럭스가 다양해야하므로 1 차에서 2 차로 EMF를 전송하기 위해 변압기는 항상 교류 AC에서 작동합니다.
2 차 권선의 권선 수에 따라 변압기는 다음 중 하나로 분류 될 수 있습니다. Step-up 또는 Step-down 변신 로봇.
승압 변압기
2 차 권선이 1 차 권선보다 많은 수의 권선을 가질 때 변압기는 Step-up변신 로봇. 여기서 유도 된 EMF는 입력 신호보다 큽니다.
아래 그림은 승압 변압기의 기호를 보여줍니다.
강압 변압기
2 차 권선이 1 차 권선보다 적은 수의 권선을 가질 때 변압기는 Step-down변신 로봇. 여기서 유도 된 EMF는 입력 신호보다 적습니다.
아래 그림은 강압 변압기의 기호를 보여줍니다.
우리의 전원 공급 장치 회로에서 우리는 Step-down transformer, AC 전력을 DC로 줄여야하기 때문입니다. 이 강압 변압기의 출력은 전력이 적을 것이고 이것은 다음 섹션의 입력으로 주어질 것입니다.rectifier. 다음 장에서 정류기에 대해 설명합니다.
AC를 DC 전원으로 변환해야 할 때마다 정류기 회로가 구조를 위해 제공됩니다. 간단한 PN 접합 다이오드가 정류기 역할을합니다. 다이오드의 순방향 바이어스 및 역방향 바이어스 조건으로 인해 정류됩니다.
정류
교류는 상태를 지속적으로 변경하는 속성을 가지고 있습니다. 이것은 교류가 표시되는 사인파를 관찰함으로써 이해됩니다. 양의 방향으로 상승하면 최대 양의 값으로 이동하고 거기에서 정상으로 감소하고 다시 음의 부분으로 이동하여 음의 피크에 도달하고 다시 정상으로 돌아와 계속됩니다.
파동 형성 과정에서 파동이 양의 방향과 음의 방향으로 진행되는 것을 볼 수 있습니다. 실제로 그것은 완전히 바뀌므로 이름이 교류입니다.
그러나 정류 과정 에서이 교류는 직류 DC로 변경됩니다. 그때까지 양의 방향과 음의 방향으로 흐르는 파동은 DC로 변환 될 때 방향이 양의 방향으로 만 제한됩니다. 따라서 전류는 아래 그림과 같이 양의 방향으로 만 흐르고 음의 방향으로 저항합니다.
정류를하는 회로를 Rectifier circuit. 다이오드는 정류기 회로를 구성하는 정류기로 사용됩니다.
정류기 회로의 유형
출력에 따라 두 가지 주요 유형의 정류기 회로가 있습니다. 그들은
- 반파 정류기
- 전파 정류기
반파 정류기 회로는 입력 전원의 양의 반 주기만 정류하는 반면, 전파 정류기 회로는 입력 전원의 양과 음의 반주기를 모두 정류합니다.
반파 정류기
이름 반파 정류기 자체는 rectification 오직 half주기의. AC 신호는 용도에 따라 상승 또는 하강하는 입력 변압기를 통해 제공됩니다. 입력 전압을 줄이기 위해 대부분 스텝 다운 변압기가 정류기 회로에 사용됩니다.
변압기에 주어진 입력 신호는 정류기 역할을하는 PN 접합 다이오드를 통해 전달됩니다. 이 다이오드는 입력의 양의 반주기 동안 만 AC 전압을 맥동 DC로 변환합니다. 부하 저항은 회로 끝에 연결됩니다. 아래 그림은 반파 정류기의 회로를 보여줍니다.
HWR의 작동
입력 신호는 전압 레벨을 감소시키는 변압기에 제공됩니다. 변압기의 출력은 정류기 역할을하는 다이오드에 제공됩니다. 이 다이오드는 입력 신호의 양의 반주기 동안 ON (전도)됩니다. 따라서 전류가 회로에 흐르고 부하 저항에서 전압 강하가 발생합니다. 다이오드는 음의 반주기 동안 OFF (전도하지 않음)가되므로 음의 반주기에 대한 출력은 다음과 같습니다.$i_{D} = 0$ 과 $V_{o}=0$.
따라서 출력은 입력 전압의 양의 절반주기 동안 만 존재합니다 (역 누설 전류 무시). 이 출력은 부하 저항을 가로 지르는 맥동이됩니다.
HWR의 파형
입력 및 출력 파형은 다음 그림과 같습니다.
따라서 반파 정류기의 출력은 맥동 DC입니다. 반파 정류기의 출력에서 얻은 몇 가지 값을 이해하여 위의 회로를 분석해 보겠습니다.
반파 정류기 분석
반파 정류기 회로를 분석하기 위해 입력 전압 방정식을 고려해 보겠습니다.
$$v_{i}=V_{m} \sin \omega t$$
$V_{m}$ 공급 전압의 최대 값입니다.
다이오드가 이상적이라고 가정합시다.
- 순방향, 즉 ON 상태의 저항은 $R_f$.
- 역방향, 즉 OFF 상태의 저항은 $R_r$.
현재 i 다이오드 또는 부하 저항에서 $R_L$ ~에 의해 주어진다
$i=I_m \sin \omega t \quad for\quad 0\leq \omega t\leq 2 \pi$
$ i=0 \quad\quad\quad\quad for \quad \pi\leq \omega t\leq 2 \pi$
어디
$$I_m= \frac{V_m}{R_f+R_L}$$
DC 출력 전류
평균 전류 $I_{dc}$ ~에 의해 주어진다
$$I_{dc}=\frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2 \pi} i \:d\left ( \omega t \right )$$
$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ \int_{0}^{\pi}I_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+\int_{0}^{2 \pi}0\: d\left ( \omega t \right )\right ]$$
$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ I_m\left \{-\cos \omega t \right \}_{0}^{\pi} \right ]$$
$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ I_m\left \{ +1-\left ( -1 \right ) \right \} \right ]=\frac{I_m}{\pi}=0.318 I_m$$
값 대체 $I_m$, 우리는
$$I_{dc}=\frac{V_m}{\pi\left ( R_f+R_L \right )}$$
만약 $R_L >> R_f$, 다음
$$I_{dc}=\frac{V_m}{\pi R_L}=0.318 \frac{V_m}{R_L}$$
DC 출력 전압
DC 출력 전압은 다음과 같습니다.
$$ V_{dc}=I_{dc}\times R_L=\frac{I_m}{\pi}\times R_L$$
$$=\frac{V_m\times R_L}{\pi\left (R_f+R_L \right )}=\frac{V_m}{\pi\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$
만약 $R_L>>R_f$, 다음
$$V_{dc}=\frac{V_m}{\pi}=0.318 V_m$$
RMS 전류 및 전압
RMS 전류의 값은 다음과 같습니다.
$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2\pi} i^{2} d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2\pi}I_{m}^{2} \sin^{2}\omega t \:d\left (\omega t \right ) +\frac{1}{2\pi}\int_{\pi}^{2\pi} 0 \:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{2 \pi}\int_{0}^{\pi}\left ( \frac{1-\cos 2 \omega t}{2} \right )d\left ( \omega t \right ) \right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi}\left \{ \left ( \omega t \right )-\frac{\sin 2 \omega t}{2} \right \}_{0}^{\pi}\right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi}\left \{ \pi - 0 - \frac{\sin 2 \pi}{2}+ \sin 0 \right \} \right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi} \right ]^{\frac{1}{2}}=\frac{I_m}{2}$$
$$=\frac{V_m}{2\left ( R_f+R_L \right )}$$
부하 양단의 RMS 전압은
$$V_{rms}=I_{rms} \times R_L= \frac{V_m \times R_L}{2\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=\frac{V_m}{2\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$
만약 $R_L>>R_f$, 다음
$$V_{rms}=\frac{V_m}{2}$$
정류기 효율
모든 회로는 더 나은 출력을 위해 효율적으로 작동해야합니다. 반파 정류기의 효율을 계산하려면 입력 전력에 대한 출력 전력의 비율을 고려해야합니다.
정류기 효율은 다음과 같이 정의됩니다.
$$\eta =\frac{d.c.power\:\: delivered \:\: to \:\: the \:\: load}{a.c.input \:\: power\:\:from\:\:transformer\:\:secondary}=\frac{P_{ac}}{P_{dc}}$$
지금
$$P_{dc}=\left ( {I_{dc}} \right )^2 \times R_L=\frac{I_m R_L}{\pi^2}$$
더욱이
$$P_{ac}=P_a+P_r$$
어디
$P_a = power \:dissipated \:at \:the \:junction \:of \:diode$
$$=I_{rms}^{2}\times R_f=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_f$$
과
$$P_r = power \:dissipated \:in \:the \:load \:resistance$$
$$=I_{rms}^{2}\times R_L=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_L$$
$$P_{ac}=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_f+\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_L =\frac{I_{m}^{2}}{4}\left ( R_f+R_L \right )$$
두 표현에서 $P_{ac}$ 과 $P_{dc}$, 우리는 쓸 수있다
$$\eta =\frac{I_{m}^{2}R_L/\pi^2}{I_{m}^{2}\left ( R_f+R_L \right )/4}=\frac{4}{\pi^2}\frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=\frac{4}{\pi^2}\frac{1}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}=\frac{0.406}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$
백분율 정류기 효율
$$\eta =\frac{40.6}{\lbrace1+\lgroup\: R_{f}/R_{L}\rgroup\rbrace}$$
이론적으로 반파 정류기의 정류기 효율의 최대 값은 다음과 같은 경우 40.6 %입니다. $R_{f}/R_{L} = 0$
또한 효율은 다음과 같은 방법으로 계산할 수 있습니다.
$$\eta =\frac{P_{dc}}{P_{ac}}=\frac{\left (I_{dc} \right )^2R_L}{\left ( I_{rms} \right )^2R_L}=\frac{\left ( V_{dc}/R_L \right )^2R_L}{\left (V_{rms}/R_L \right )^2R_L} =\frac{\left ( V_{dc} \right )^2}{\left ( V_{rms} \right )^2}$$
$$=\frac{\left ( V_m/ \pi \right )^2}{\left ( V_m/2 \right )^2}=\frac{4}{\pi^2}=0.406$$
$$=40.6\%$$
리플 팩터
정류 된 출력에는 잔물결 형태로 존재하는 일정량의 AC 구성 요소가 포함되어 있습니다. 이것은 반파 정류기의 출력 파형을 관찰함으로써 이해됩니다. 순수 DC를 얻으려면이 구성 요소에 대한 아이디어가 필요합니다.
리플 팩터는 정류 된 출력의 물결 모양을 제공합니다. 다음과 같이 표시됩니다.y. 이는 전압 또는 전류의 AC 구성 요소의 유효 값과 직접 값 또는 평균 값의 비율로 정의 할 수 있습니다.
$$\gamma =\frac{ripple \: voltage}{d.c \:voltage} =\frac{rms\:value\:of\: a.c.component}{d.c.value\:of\:wave}=\frac{\left ( V_r \right )_{rms}}{v_{dc}}$$
여기,
$$\left ( V_r \right )_{rms}=\sqrt{V_{rms}^{2}-V_{dc}^{2}}$$
따라서,
$$\gamma =\frac{\sqrt{V_{rms}^{2}-V_{dc}^{2}}}{V_{dc}}=\sqrt{\left (\frac{V_{rms}}{V_{dc}} \right )^2-1}$$
지금,
$$V_{rms}=\left [ \frac{1}{2\pi}\int_{0}^{2\pi} V_{m}^{2} \sin^2\omega t\:d\left ( \omega t \right ) \right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=V_m\left [ \frac{1}{4\pi} \int_{0}^{\pi}\left ( 1- \cos2 \:\omega t \right )d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}=\frac{V_m}{2}$$
$$V_{dc}=V_{av}=\frac{1}{2\pi}\left [ \int_{0}^{\pi}V_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+\int_{0}^{2\pi} 0.d\left ( \omega t \right )\right ]$$
$$=\frac{V_m}{2 \pi}\left [ -\cos \omega t \right ]_{0}^{\pi}=\frac{V_m}{\pi}$$
$$\gamma =\sqrt{\left [ \left \{ \frac{\left ( V_m/2 \right )}{\left ( V_m/\pi \right )} \right \}^2-1 \right ]}=\sqrt{\left \{ \left ( \frac{\pi}{2} \right )^2-1 \right \}}=1.21$$
리플 계수는 다음과 같이 정의됩니다.
$$\gamma =\frac{\left ( I_r \right )_{rms}}{I_{dc}}$$
반파 정류기에 존재하는 리플 계수의 값이 1.21이므로 출력에 존재하는 AC의 양이 $121\%$ DC 전압의
규제
부하를 통과하는 전류는 부하 저항에 따라 달라질 수 있습니다. 그러나 이러한 조건에서도 부하 저항에 걸리는 출력 전압이 일정 할 것으로 예상합니다. 따라서 다른 부하 조건에서도 전압을 조절해야합니다.
DC 부하 전류의 변화에 따른 DC 출력 전압의 변화는 다음과 같이 정의됩니다. Regulation. 비율 규정은 다음과 같이 계산됩니다.
$$Percentage\:regulation=\frac{V_{no \:load}-V_{full\:load}}{V_{full\:load}} \times 100\%$$
비율 조절이 낮을수록 전원 공급 장치가 더 좋습니다. 이상적인 전원 공급 장치는 0 % 조절을 갖습니다.
변압기 활용 계수
정류기 회로에서 부하로 전달되는 DC 전력은 회로에 사용되는 변압기의 정격을 결정합니다.
따라서 변압기 사용률은 다음과 같이 정의됩니다.
$$TUF=\frac{d.c.power\:to\:be\:delivered\:to\:the\:load}{a.c.rating\:of\:the\:transformer\:secondary}$$
$$=\frac{P_{d.c}}{P_{a.c\left ( rated \right )}}$$
변압기 이론에 따르면 2 차측의 정격 전압은
$$V_m/\sqrt{2}$$
그것을 통해 흐르는 실제 RMS 전압은
$$I_m/2$$
따라서
$$TUF=\frac{\left ( I_m/\pi \right )^2\times R_L}{\left ( V_m/\sqrt{2} \right )\times\left ( I_m/2 \right )}$$
그러나
$$V_m=I_m\left ( R_f+R_L \right )$$
따라서
$$TUF=\frac{\left ( I_m/\pi \right )^2\times R_L}{\left \{ I_m\left ( R_f+R_L \right )/\sqrt{2} \right \}\times \left ( I_m/2 \right )}$$
$$=\frac{2\sqrt{2}}{\pi^2}\times \frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=\frac{2\sqrt{2}}{\pi^2} = 0.287$$
피크 역 전압
역 바이어스로 연결된 다이오드는 제어 된 전압 수준에서 작동해야합니다. 이 안전 전압을 초과하면 다이오드가 손상됩니다. 따라서 최대 전압에 대해 아는 것이 매우 중요합니다.
다이오드가 파괴되지 않고 견딜 수있는 최대 역 전압을 Peak Inverse Voltage. 요컨대PIV.
여기서 PIV는 Vm에 불과합니다.
폼 팩터
이것은 파형의 모든 지점에 대한 절대 값의 수학적 평균으로 이해할 수 있습니다. 그만큼form factorRMS 값과 평균 값의 비율로 정의됩니다. 다음과 같이 표시됩니다.F.
$$F=\frac{rms\:value}{average\:value}=\frac{I_m/2}{I_m/\pi}=\frac{0.5I_m}{0.318I_m}=1.57$$
피크 팩터
정류가 얼마나 효과적인지 알기 위해서는 잔물결의 피크 값을 고려해야합니다. 피크 팩터의 값도 중요한 고려 사항입니다.Peak factor RMS 값에 대한 피크 값의 비율로 정의됩니다.
따라서
$$Peak Factor=\frac{Peak\:value}{r.m.s\:value}=\frac{V_m}{V_m/2}=2$$
이 모든 것은 정류기에 대해 연구하는 동안 고려해야 할 중요한 매개 변수입니다.
포지티브 및 네거티브 하프 사이클을 모두 정류하는 정류기 회로는 전체 사이클을 정류하므로 전파 정류기라고 할 수 있습니다. 전파 정류기의 구성은 두 가지 유형으로 만들 수 있습니다. 그들은
- 중앙 탭 전파 정류기
- 브리지 전파 정류기
둘 다 장점과 단점이 있습니다. 이제 어떤 것이 더 좋은지 왜 더 좋은지 알기 위해 그들의 구성과 파형과 함께 작업을 모두 살펴 보겠습니다.
중앙 탭 전파 정류기
전체 사이클을 정류하기 위해 두 개의 다이오드를 번갈아 사용하여 원하는 출력 전압을 얻기 위해 변압기 2 차측을 탭하는 정류기 회로를 Center-tapped Full wave rectifier circuit. 변압기는 다른 경우와 달리 여기에 중앙 탭이 있습니다.
중앙 탭 변압기의 특징은 다음과 같습니다.
태핑은 2 차 권선의 중간 지점에 리드를 그려서 수행됩니다. 이 권선은 이렇게함으로써 두 개의 동일한 반으로 나뉩니다.
탭된 중간 지점의 전압은 0입니다. 이것은 중립 점을 형성합니다.
중앙 탭핑은 크기는 같지만 극성은 서로 반대 인 두 개의 개별 출력 전압을 제공합니다.
다양한 수준의 전압을 얻기 위해 여러 테이핑을 그릴 수 있습니다.
두 개의 정류 다이오드가있는 중앙 탭 변압기는 Center-tapped full wave rectifier. 중앙 탭 전파 정류기의 회로도는 다음과 같습니다.
CT-FWR의 작동
중앙 탭 전파 정류기의 작동은 위의 그림으로 이해할 수 있습니다. 입력 전압의 양의 반주기가 적용되면 변압기 2 차측의 지점 M은 지점 N에 대해 양의 값이됩니다. 이것은 다이오드를 만듭니다.$D_1$순방향 편향. 따라서 현재$i_1$ 부하 저항을 통해 A에서 B로 흐릅니다. 이제 출력에 양의 반주기가 있습니다.
입력 전압의 네거티브 하프 사이클이 적용되면 트랜스포머 2 차측의 포인트 M은 포인트 N에 대해 마이너스가됩니다. 이것은 다이오드를 만듭니다. $D_2$순방향 편향. 따라서 현재$i_2$ 부하 저항을 통해 A에서 B로 흐릅니다. 이제 입력의 음의 절반주기 동안에도 출력에 양의 절반주기가 있습니다.
CT FWR의 파형
중앙 탭 전파 정류기의 입력 및 출력 파형은 다음과 같습니다.
위의 그림에서 출력은 양의 반주기와 음의 반주기 모두에 대해 얻어지는 것이 분명합니다. 또한 부하 저항의 출력이same direction 두 반주기 모두.
피크 역 전압
절반 2 차 권선의 최대 전압은 $V_m$, 전체 2 차 전압이 비전 도성 다이오드에 나타납니다. 따라서peak inverse voltage 1/2 2 차 권선에서 최대 전압의 두 배입니다.
$$PIV=2V_m$$
단점
다음과 같은 중앙 탭 전파 정류기에는 몇 가지 단점이 있습니다.
- 중앙 태핑 위치가 어렵다
- DC 출력 전압이 작습니다.
- 다이오드의 PIV는 높아야합니다.
다음 종류의 전파 정류기 회로는 Bridge Full wave rectifier circuit.
브리지 전파 정류기
이것은 브리지 형태로 연결된 4 개의 다이오드를 사용하여 전체 입력 사이클 동안 출력을 생성 할뿐만 아니라 중앙 탭 전파 정류기 회로의 단점을 제거하는 전파 정류기 회로입니다.
이 회로에서는 변압기를 중앙에 두 드릴 필요가 없습니다. 라는 4 개의 다이오드$D_1$, $D_2$, $D_3$ 과 $D_4$다이오드 중 2 개는 입력 전원의 절반주기 동안 전도하고 나머지 절반주기 동안 전도하도록 브리지 유형 네트워크를 구성하는 데 사용됩니다. 브리지 전파 정류기의 회로는 다음 그림과 같습니다.
브리지 전파 정류기의 작동
브리지 회로에 연결된 4 개의 다이오드가있는 전파 정류기는 더 나은 전파 출력 응답을 얻기 위해 사용됩니다. 입력 공급의 양의 반주기가 주어지면 포인트 P는 포인트에 대해 양수가됩니다.Q. 이것은 다이오드를 만든다$D_1$ 과 $D_3$ 앞으로 편향된 동안 $D_2$ 과 $D_4$역 바이어스. 이 두 다이오드는 이제 부하 저항과 직렬로 연결됩니다.
다음 그림은 회로의 기존 전류 흐름과 함께이를 나타냅니다.
따라서 다이오드 $D_1$ 과 $D_3$부하 저항을 따라 출력을 생성하기 위해 입력 전원의 양의 반주기 동안 전도합니다. 출력을 생성하기 위해 2 개의 다이오드가 작동하므로 전압은 중앙 탭 전파 정류기의 출력 전압의 두 배가됩니다.
입력 전원의 마이너스 반주기가 주어지면 포인트 P는 포인트에 대해 마이너스가됩니다. Q. 이것은 다이오드를 만든다$D_1$ 과 $D_3$ 반대로 편향된 동안 $D_2$ 과 $D_4$순방향 편향. 이 두 다이오드는 이제 부하 저항과 직렬로 연결됩니다.
다음 그림은 회로의 기존 전류 흐름과 함께이를 나타냅니다.
따라서 다이오드 $D_{2}$ 과 $D_{4}$부하 저항을 따라 출력을 생성하기 위해 입력 전원의 음의 반주기 동안 전도합니다. 여기에서도 두 개의 다이오드가 출력 전압을 생성합니다. 전류는 입력의 양의 반주기 동안과 같은 방향으로 흐릅니다.
브리지 FWR의 파형
중앙 탭 전파 정류기의 입력 및 출력 파형은 다음과 같습니다.
위의 그림에서 출력은 양의 반주기와 음의 반주기 모두에 대해 얻어지는 것이 분명합니다. 또한 부하 저항의 출력이same direction 두 반주기 모두.
피크 역 전압
다이오드 중 2 개가 변압기의 2 차측에 병렬로 연결될 때마다 변압기 양단의 최대 2 차 전압이 정류기 회로의 PIV를 만드는 비전 도성 다이오드에 나타납니다. 따라서peak inverse voltage 2 차 권선의 최대 전압, 즉
$$PIV=V_m$$
장점
브리지 전파 정류기에는 다음과 같은 많은 이점이 있습니다.
- 센터 태핑이 필요 없습니다.
- dc 출력 전압은 중앙 테이퍼 FWR의 두 배입니다.
- 다이오드의 PIV는 중앙 테이퍼 FWR의 절반 값입니다.
- 더 나은 출력으로 회로 설계가 더 쉽습니다.
이제 전파 정류기의 특성을 분석해 보겠습니다.
전파 정류기 분석
전파 정류기 회로를 분석하기 위해 입력 전압을 가정하겠습니다. $V_{i}$ 같이,
$$V_{i}=V_m \sin \omega t$$
현재 $i_1$ 부하 저항을 통해 $R_L$ ~에 의해 주어진다
$$i_1=I_m \sin \omega t \quad for \quad0 \leq \omega t \leq \pi$$
$$i_1=\quad0 \quad\quad\quad for \quad \pi \leq \omega t \leq 2\pi$$
어디
$$I_m=\frac{V_m}{R_f+R_L}$$
$R_f$ ON 상태의 다이오드 저항입니다.
마찬가지로 현재 $i_2$ 다이오드를 통해 흐르는 $D_2$ 부하 저항 RL은 다음과 같이 주어집니다.
$$i_2=\quad\:0 \quad\quad\quad for \quad 0 \leq \omega t \leq \pi$$
$$i_2=I_m \sin \omega t \quad for \quad\pi \leq \omega t \leq 2\pi$$
흐르는 총 전류 $R_L$ 두 전류의 합 $i_1$ 과 $i_2$ 즉
$$i=i_1+i_2$$
DC 또는 평균 전류
DC 전류계가 표시하는 출력 전류의 평균값은 다음과 같습니다.
$$I_{dc}=\frac{1}{2\pi} \int_{0}^{2\pi} i_1 \:d\left ( \omega t \right )+\frac{1}{2\pi}\int_{0}^{2\pi}i_2 \:d\left ( \omega t \right )$$
$$=\frac{1}{2\pi\int_{0}^{\pi}}I_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+0+0+$$
$$\frac{1}{2\pi} \int_{0}^{2\pi}I_m \sin \omega t\:d\left ( \omega t \right ) $$
$$=\frac{I_m}{\pi}+ \frac{I_m}{\pi} =\frac{2I_m}{\pi}=0.636I_m$$
이것은 반파 정류기 값의 두 배입니다.
DC 출력 전압
부하 양단의 DC 출력 전압은 다음과 같습니다.
$$V_{dc}=I_{dc}\times R_L = \frac{2I_mR_L}{\pi}=0.636I_mR_L$$
따라서 dc 출력 전압은 반파 정류기의 두 배입니다.
RMS 전류
전류의 RMS 값은 다음과 같습니다.
$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{\pi}\int_{0}^{\pi} t^2 \:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$
전류는 두 반쪽에서 두 개의 동일한 형태이기 때문에
$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{\pi} \int_{0}^{\pi }\sin^2 \omega t\:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=\frac{I_m}{\sqrt{2}}$$
정류기 효율
정류기 효율은 다음과 같이 정의됩니다.
$$\eta=\frac{P_{dc}}{P_{ac}}$$
지금,
$$P_{dc}=\left (V_{dc} \right )^2/R_L=\left ( 2V_m/\pi \right )^2$$
과,
$$P_{ac}=\left (V_{rms} \right )^2/R_L=\left (V_m/\sqrt{2} \right )^2$$
따라서,
$$\eta =\frac{P_{dc}}{P_{ac}}=\frac{\left (2V_m/\pi \right )^2}{\left ( V_m/\sqrt{2} \right )^2}=\frac{8}{\pi^2}$$
$$=0.812=81.2\%$$
정류기 효율은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
DC 출력 전력,
$$P_{dc}=I_{dc}^{2}R_L=\frac{4I_{m}^{2}}{\pi^2}\times R_L$$
AC 입력 전원,
$$P_{ac}=I_{rms}^{2}\left (R_f+R_L \right )=\frac{I_{m}^{2}}{2}\left ( R_f+R_L \right )$$
따라서,
$$\eta=\frac{4I_{m}^{2}R_L/\pi^2}{I_{m}^{2}\left ( R_f+R_L \right )/2}=\frac{8}{\pi^2}\frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=\frac{0.812}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$
따라서 백분율 효율성은
$$=\frac{0.812}{ 1+\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=81.2\% \quad if\: R_f=0$$
따라서 전파 정류기의 효율은 반파 정류기의 두 배입니다.
리플 팩터
전파 정류기의 정류 된 출력 전압의 폼 팩터는 다음과 같습니다.
$$F=\frac{I_{rms}}{I_{dc}}=\frac{I_m/\sqrt{2}}{2I_m/\pi}=1.11$$
파급 요인 $\gamma$ (AC 회로 이론 사용)
$$\gamma =\left [ \left ( \frac{I_{rms}}{I_{dc}} \right )-1 \right ]^{\frac{1}{2}}=\left ( F^2 -1\right )^{\frac{1}{2}}$$
$$=\left [ \left ( 1.11 \right )^2 -1\right ]^\frac{1}{2}=0.48$$
이것은 1.21이었던 반파 정류기의 리플 팩터에 비해 크게 개선 된 것입니다.
규제
DC 출력 전압은 다음과 같이 주어진다.
$$V_{dc}=\frac{2I_mR_L}{\pi}=\frac{2V_mR_L}{\pi\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=\frac{2V_m}{\pi}\left [ 1-\frac{R_f}{R_f+R_L} \right ]=\frac{2V_m}{\pi}-I_{dc}R_f$$
변압기 활용 계수
반파 정류기의 TUF는 0.287입니다.
중앙 탭 정류기에는 두 개의 2 차 권선이 있으므로 중앙 탭 전파 정류기의 TUF는 다음과 같습니다.
$$\left ( TUF \right )_{avg}=\frac{P_{dc}}{V-A\:rating\:of\:a\:transformer}$$
$$=\frac{\left ( TUF \right )_p+\left ( TUF \right )_s+\left ( TUF \right )_s}{3}$$
$$=\frac{0.812+0.287+0.287}{3}=0.693$$
반파 대 전파 정류기
전파 정류기의 다른 매개 변수 값을 모두 살펴본 후 반파 및 전파 정류기의 기능을 비교하고 대조해 보겠습니다.
자귀 | 반파 정류기 | 중앙 탭 FWR | 브리지 FWR |
---|---|---|---|
다이오드 수 | $1$ | $2$ | $4$ |
변압기 태핑 | $No$ | $Yes$ | $No$ |
피크 역 전압 | $V_m$ | $2V_m$ | $V_m$ |
최대 효율성 | $40.6\%$ | $81.2\%$ | $81.2\%$ |
평균 / dc 전류 | $I_m/\pi$ | $2I_m/\pi$ | $2I_m/\pi$ |
DC 전압 | $V_m/\pi$ | $2V_m/\pi$ | $2V_m/\pi$ |
RMS 전류 | $I_m/2$ | $I_m/\sqrt{2}$ | $I_m/\sqrt{2}$ |
리플 팩터 | $1.21$ | $0.48$ | $0.48$ |
출력 주파수 | $f_{in}$ | $2f_{in}$ | $2f_{in}$ |
전원 공급 장치 블록 다이어그램은 정류기 회로 다음에 필터 회로가 필요하다는 것을 명확하게 설명합니다. 정류기는 맥동 교류를 한 방향으로 만 흐르는 직류로 변환하는 데 도움이됩니다. 지금까지 우리는 다양한 유형의 정류기 회로를 보았습니다.
이러한 모든 정류기 회로의 출력에는 일부 리플 요소가 포함되어 있습니다. 우리는 또한 반파 정류기의 리플 계수가 전파 정류기의 리플 계수보다 크다는 것을 관찰했습니다.
필터가 필요한 이유는 무엇입니까?
신호의 리플은 일부 AC 구성 요소가 있음을 나타냅니다. 순수 DC 출력을 얻으려면이 AC 구성 요소를 완전히 제거해야합니다. 그래서 우리는 회로가 필요합니다smoothens 정류 된 출력을 순수한 DC 신호로 변환합니다.
ㅏ filter circuit 정류 된 출력에 존재하는 ac 구성 요소를 제거하고 dc 구성 요소가 부하에 도달 할 수 있도록합니다.
다음 그림은 필터 회로의 기능을 보여줍니다.
필터 회로는 인덕터와 커패시터의 두 가지 주요 구성 요소를 사용하여 구성됩니다. 우리는 이미 Basic Electronics Tutorial에서 공부했습니다.
인덕터는 dc 및 블록 ac.
커패시터는 ac 및 블록 dc.
이 두 가지 구성 요소를 사용하여 몇 가지 필터를 구성 해 보겠습니다.
직렬 인덕터 필터
인덕터는 dc를 허용하고 ac를 차단하므로 Series Inductor Filter정류기와 부하 사이에 인덕터를 직렬로 연결하여 구성 할 수 있습니다. 아래 그림은 직렬 인덕터 필터의 회로를 보여줍니다.
이 필터를 통과 할 때 정류 된 출력 인 인덕터는 순수한 DC를 제공하기 위해 신호에 존재하는 AC 구성 요소를 차단합니다. 이것은 간단한 기본 필터입니다.
션트 커패시터 필터
커패시터는이를 통해 AC를 허용하고 DC를 차단하므로 Shunt Capacitor Filter 다음 그림과 같이 션트에 연결된 커패시터를 사용하여 구성 할 수 있습니다.
이 필터를 통과 할 때 정류 된 출력, 신호에 존재하는 ac 구성 요소는 ac 구성 요소를 허용하는 커패시터를 통해 접지됩니다. 신호에 존재하는 나머지 dc 구성 요소는 출력에서 수집됩니다.
위에서 설명한 필터 유형은 인덕터 또는 커패시터를 사용하여 구성됩니다. 이제 더 나은 필터를 만들기 위해 두 가지를 모두 사용해 보겠습니다. 이들은 조합 필터입니다.
LC 필터
인덕터와 커패시터의 효율성을 모두 사용할 수있는 더 나은 출력을 얻기 위해 인덕터와 커패시터를 모두 사용하여 필터 회로를 구성 할 수 있습니다. 아래 그림은 LC 필터의 회로도를 보여줍니다.
이 회로에 제공되는 정류 된 출력 인 인덕터는 DC 구성 요소가 통과하여 신호의 AC 구성 요소를 차단합니다. 이제 그 신호에서 순수 DC 출력을 얻을 수 있도록 접지 된 AC 구성 요소가 더 적습니다.
이 필터는 Choke Input Filter입력 신호가 먼저 인덕터에 들어갑니다. 이 필터의 출력은 이전 필터보다 더 좋습니다.
Π- 필터 (Pi 필터)
이것은 매우 일반적으로 사용되는 또 다른 유형의 필터 회로입니다. 입력에 커패시터가 있으므로Capacitor Input Filter. 여기서 두 개의 커패시터와 하나의 인덕터가 π 모양의 네트워크 형태로 연결됩니다. 병렬로 연결된 커패시터, 직렬로 연결된 인덕터, 병렬로 연결된 다른 커패시터가이 회로를 만듭니다.
필요한 경우 요구 사항에 따라 여러 개의 동일한 섹션을 여기에 추가 할 수도 있습니다. 아래 그림은$\pi$ 필터 (Pi-filter).
Pi 필터 작동
이 회로에서는 커패시터가 병렬로 연결되고 인덕터가 직렬로 연결되고 다른 커패시터가 병렬로 연결됩니다.
Capacitor C1−이 필터 커패시터는 dc에 대해 높은 리액턴스를 제공하고 ac 신호에 대해 낮은 리액턴스를 제공합니다. 신호에있는 AC 구성 요소를 접지 한 후 신호는 추가 필터링을 위해 인덕터로 전달됩니다.
Inductor L−이 인덕터는 DC 구성 요소에 낮은 리액턴스를 제공하는 동시에 커패시터 C 1 을 통과 할 수있는 AC 구성 요소가 있으면 차단합니다 .
Capacitor C2 − 이제이 커패시터를 사용하여 신호를 더욱 평활화하여 인덕터가 차단하지 못한 신호에 존재하는 모든 AC 구성 요소를 허용합니다.
따라서 우리는 부하에서 원하는 순수 DC 출력을 얻습니다.
전원 공급 시스템에서 부하 전의 다음 단계와 마지막 단계는 레귤레이터 부품입니다. 이제 레귤레이터가 무엇이며 무엇을하는지 이해해 보겠습니다.
전력의 제어 및 변환을 다루는 전자 부분은 다음과 같이 불릴 수 있습니다. Power Electronics. 레귤레이터는 전력 출력을 제어하기 때문에 전력 전자 분야에서 중요한 장치입니다.
레귤레이터의 필요성
전원 공급 장치가 입력 전압 변동이나 부하 전류 변동에 관계없이 일정한 출력 전압을 생성하려면 전압 조정기가 필요합니다.
ㅏ voltage regulator인가되는 입력 전압의 변동이나 부하로 인한 전류의 변동 대신 일정한 출력 전압을 유지하는 장치입니다. 다음 이미지는 실제 레귤레이터가 어떻게 생겼는지에 대한 아이디어를 제공합니다.
조정기의 유형
조정기는 작동 및 연결 유형에 따라 다른 범주로 분류 될 수 있습니다.
Depending upon the type of regulation, 레귤레이터는 주로 라인 및 부하 레귤레이터의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
Line Regulator − 입력 라인 변동에도 불구하고 출력 전압을 일정하게 조절하는 레귤레이터를 Line regulator.
Load Regulator − 출력에서 부하의 변동에도 불구하고 출력 전압을 일정하게 조절하는 레귤레이터를 Load regulator.
Depending upon the type of connection, 전압 조정기에는 두 가지 유형이 있습니다. 그들은
- 직렬 전압 조정기
- 션트 전압 조정기
회로에서 그것들의 배열은 다음 그림과 같습니다.
다른 중요한 레귤레이터 유형을 살펴 보겠습니다.
제너 전압 조정기
제너 전압 조정기는 출력 전압을 조정하기 위해 제너 다이오드를 사용하는 조정기입니다. 우리는 이미 BASIC ELECTRONICS 튜토리얼에서 제너 다이오드에 대한 세부 사항을 논의했습니다.
제너 다이오드가 고장에서 작동하거나 Zener region, 그 양단의 전압은 실질적으로 constant 에 대한 large change of current그것을 통해. 이 특성은 제너 다이오드를good voltage regulator.
다음 그림은 간단한 제너 레귤레이터의 이미지를 보여줍니다.
적용된 입력 전압 $V_i$ 제너 전압 이상으로 증가 할 때 $V_z$그러면 제너 다이오드가 항복 영역에서 작동하고 부하 전체에 걸쳐 일정한 전압을 유지합니다. 직렬 제한 저항$R_s$ 입력 전류를 제한합니다.
제너 전압 조정기의 작동
제너 다이오드는 부하 변동 및 입력 전압 변동에도 불구하고 전압을 일정하게 유지합니다. 따라서 제너 전압 조정기의 작동을 이해하기 위해 4 가지 경우를 고려할 수 있습니다.
Case 1 − 부하 전류가 $I_L$ 증가하면 제너 다이오드를 통한 전류 $I_Z$ 직렬 저항을 통해 전류를 유지하기 위해 감소 $R_S$일정한. 출력 전압 Vo는 입력 전압 Vi와 직렬 저항의 전압에 따라 달라집니다.$R_S$.
이것은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
$$V_o=V_{in}-IR_{s}$$
어디 $I$일정합니다. 따라서,$V_o$ 또한 일정하게 유지됩니다.
Case 2 − 부하 전류가 $I_L$ 감소하면 제너 다이오드를 통한 전류 $I_Z$ 증가, 현재 $I_S$RS 시리즈 저항을 통해 일정하게 유지됩니다. 비록 현재$I_Z$ 제너 다이오드를 통해 일정한 출력 전압을 유지합니다. $V_Z$, 부하 전압을 일정하게 유지합니다.
Case 3 − 입력 전압이 $V_i$ 증가하면 현재 $I_S$직렬 저항 RS를 통해 증가합니다. 이것은 저항기 양단의 전압 강하를 증가시킵니다.$V_S$증가합니다. 제너 다이오드를 통한 전류$I_Z$ 이로 인해 제너 다이오드의 전압이 증가합니다. $V_Z$ 출력 부하 전압을 일정하게 유지하면서 일정하게 유지됩니다.
Case 4 − 입력 전압이 감소하면 직렬 저항을 통과하는 전류가 감소하여 제너 다이오드를 통과하는 전류가 생성됩니다. $I_Z$감소합니다. 그러나 제너 다이오드는 그 특성으로 인해 출력 전압을 일정하게 유지합니다.
제너 전압 조정기의 한계
제너 전압 조정기에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 그들은-
- 고부하 전류에는 덜 효율적입니다.
- 제너 임피던스는 출력 전압에 약간 영향을 미칩니다.
따라서 제너 전압 조정기는 저전압 애플리케이션에 효과적인 것으로 간주됩니다. 이제 트랜지스터를 사용하여 만든 다른 유형의 전압 조정기를 살펴 보겠습니다.
트랜지스터 시리즈 전압 조정기
이 레귤레이터에는 제너 레귤레이터에 직렬로 연결된 트랜지스터와 부하에 병렬로 연결된 트랜지스터가 있습니다. 트랜지스터는 출력 전압을 일정하게 유지하기 위해 컬렉터 이미 터 전압을 조절하는 가변 저항으로 작동합니다. 아래 그림은 트랜지스터 직렬 전압 조정기를 보여줍니다.
입력 작동 조건에 따라 트랜지스터베이스를 통과하는 전류가 변경됩니다. 이것은 트랜지스터의 기본 이미 터 접합부의 전압에 영향을 미칩니다.$V_{BE}$. 출력 전압은 제너 전압에 의해 유지됩니다.$V_Z$그것은 일정합니다. 둘 다 동일하게 유지되기 때문에 입력 공급의 변화는 이미 터 기본 전압의 변화로 표시됩니다.$V_{BE}$.
따라서 출력 전압 Vo는 다음과 같이 이해할 수 있습니다.
$$V_O=V_Z+V_{BE}$$
트랜지스터 시리즈 전압 조정기의 작동
직렬 전압 조정기의 작동은 입력 및 부하 변동에 대해 고려되어야합니다. 입력 전압이 증가하면 출력 전압도 증가합니다. 그러나 이것은 차례로 컬렉터베이스 접합의 전압을 만듭니다.$V_{BE}$ 감소, 제너 전압으로 $V_Z$일정하게 유지됩니다. 에미 터 컬렉터 영역의 저항이 증가하면 전도가 감소합니다. 이것은 컬렉터 이미 터 접합 VCE의 전압을 추가로 증가시켜 출력 전압을 감소시킵니다.$V_O$. 이것은 입력 전압이 감소 할 때 유사합니다.
부하 변화가 발생하면 부하의 저항이 감소하면 부하 전류가 증가합니다. $I_L$, 출력 전압 $V_O$ 감소, 이미 터 기본 전압 증가 $V_{BE}$.
이미 터 기본 전압이 증가함에 따라 $V_{BE}$전도가 증가하여 이미 터 콜렉터 저항이 감소합니다. 이것은 차례로 부하 저항의 감소를 보상하는 입력 전류를 증가시킵니다. 이것은 부하 전류가 증가 할 때 유사합니다.
트랜지스터 직렬 전압 조정기의 한계
트랜지스터 시리즈 전압 레귤레이터에는 다음과 같은 제한이 있습니다.
- 전압 $V_{BE}$ 과 $V_Z$ 온도 상승의 영향을받습니다.
- 고전류에 대한 좋은 규제는 불가능합니다.
- 전력 손실이 높습니다.
- 전력 손실이 높습니다.
- 덜 효율적입니다.
이러한 제한을 최소화하기 위해 트랜지스터 션트 레귤레이터가 사용됩니다.
트랜지스터 분로 전압 조정기
트랜지스터 션트 레귤레이터 회로는 저항을 입력과 직렬로 연결하고베이스와 콜렉터가 부하와 병렬로 조절되는 제너 다이오드로 연결된 트랜지스터를 연결하여 구성됩니다. 아래 그림은 트랜지스터 션트 레귤레이터의 회로도를 보여줍니다.
트랜지스터 분로 전압 조정기의 작동
입력 전압이 증가하면 $V_{BE}$ 과 $V_O$또한 증가합니다. 그러나 이것은 처음에 발생합니다. 실제로 언제$V_{in}$ 증가, 현재 $I_{in}$또한 증가합니다. 이 전류는 RS를 통해 흐를 때 전압 강하를 일으 킵니다.$V_S$ 직렬 저항을 통해 증가합니다. $V_{in}$. 그러나 이것은$V_o$감소합니다. 이제이 감소$V_o$초기 증가를 보상하여 일정하게 유지합니다. 그 후$V_o$일정하게 유지됩니다. 대신 출력 전압이 감소하면 그 반대가 발생합니다.
부하 저항이 감소하면 출력 전압이 감소해야합니다. $V_o$. 부하를 통과하는 전류가 증가합니다. 이것은 트랜지스터의베이스 전류와 콜렉터 전류를 감소시킵니다. 직렬 저항의 전압은 전류가 많이 흐르기 때문에 낮아집니다. 입력 전류는 일정합니다.
출력 전압은 적용된 전압의 차이가 될 것입니다. $V_i$ 그리고 직렬 전압 강하 $V_s$. 따라서 출력 전압은 초기 감소를 보상하기 위해 증가하므로 일정하게 유지됩니다. 부하 저항이 증가하면 반대가 발생합니다.
IC 레귤레이터
전압 조정기는 현재 IC (Integrated Circuit) 형태로 제공됩니다. 이를 간단히 IC 레귤레이터라고합니다.
일반 레귤레이터와 같은 기능과 함께 IC 레귤레이터는 장치에 내장 된 열 보상, 단락 보호 및 서지 보호와 같은 속성을 가지고 있습니다.
IC 레귤레이터의 유형
IC 레귤레이터는 다음 유형이 될 수 있습니다.
- 고정 포지티브 전압 조정기
- 고정 네거티브 전압 조정기
- 조정 가능한 전압 조정기
- 이중 추적 전압 조정기
이제 자세히 살펴 보겠습니다.
고정 포지티브 전압 레귤레이터
이 레귤레이터의 출력은 특정 값으로 고정되고 값은 양수이므로 제공되는 출력 전압이 양의 전압임을 의미합니다.
가장 많이 사용되는 시리즈는 7800 시리즈이며 IC는 IC 7806, IC 7812 및 IC 7815 등과 같이 출력 전압으로 각각 + 6v, + 12v 및 + 15v를 제공합니다. 아래 그림은 고정 된 10v 포지티브 레귤레이션 출력 전압을 제공하기 위해 연결된 IC 7810을 보여줍니다.
위 그림에서 입력 커패시터 $C_1$ 원치 않는 발진과 출력 커패시터를 방지하는 데 사용됩니다. $C_2$ 과도 응답을 향상시키는 라인 필터 역할을합니다.
고정 네거티브 전압 레귤레이터
이 레귤레이터의 출력은 특정 값으로 고정되고 값은 음수이므로 제공된 출력 전압이 음의 전압임을 의미합니다.
가장 많이 사용되는 시리즈는 7900 시리즈이며 IC는 IC 7906, IC 7912 및 IC 7915 등과 같이 출력 전압으로 각각 -6v, -12v 및 -15v를 제공합니다. 아래 그림은 고정 된 10v 네거티브 레귤레이션 출력 전압을 제공하기 위해 연결된 IC 7910을 보여줍니다.
위 그림에서 입력 커패시터 $C_1$ 원치 않는 발진과 출력 커패시터를 방지하는 데 사용됩니다. $C_2$ 과도 응답을 향상시키는 라인 필터 역할을합니다.
가변 전압 조정기
조정 가능한 전압 조정기에는 3 개의 단자 IN, OUT 및 ADJ가 있습니다. 입력 및 출력 단자는 공통적 인 반면 조정 가능한 단자에는 출력이 넓은 범위에서 변할 수있는 가변 저항이 제공됩니다.
위의 그림은 일반적으로 사용되는 LM 317 조정 가능한 IC 조정기를 구동하는 조정되지 않은 전원 공급 장치를 보여줍니다. LM 317은 3 단자 포지티브 조정 가능한 전압 레귤레이터이며 1.25v ~ 37v의 조정 가능한 출력 범위에서 1.5A의 부하 전류를 공급할 수 있습니다.
이중 추적 전압 조정기
이중 추적 조정기는 분할 공급 전압이 필요할 때 사용됩니다. 이들은 동일한 양 및 음의 출력 전압을 제공합니다. 예를 들어 RC4195 IC는 + 15v 및 -15v의 DC 출력을 제공합니다. 이를 위해서는 양의 입력이 + 18v에서 + 30v까지 다양하고 음의 입력이 -18v에서 -30v까지 다양 할 수있는 것과 같이 두 개의 비 조절 된 입력 전압이 필요합니다.
위의 이미지는 이중 추적 RC4195 IC 조정기를 보여줍니다. 조정 가능한 이중 태킹 레귤레이터도 사용할 수 있으며 출력이 두 정격 한계 사이에서 달라집니다.
지금까지 논의 된 주제는 전원 공급 장치의 여러 섹션을 나타냅니다. 이 모든 섹션은 함께Linear Power Supply. 이것은 입력 AC 전원에서 DC를 얻는 일반적인 방법입니다.
선형 전원 공급 장치
선형 전원 공급 장치 (LPS)는 낮은 리플과 낮은 잡음을 갖는 출력 전압을 조절하기 위해 직렬 저항에서 많은 열을 방출하는 조절 된 전원 공급 장치입니다. 이 LPS에는 많은 응용 프로그램이 있습니다.
선형 전원 공급 장치는 출력 전압을 조절하기 위해 더 큰 반도체 장치가 필요하며 더 많은 열을 생성하여 에너지 효율을 낮 춥니 다. 선형 전원 공급 장치는 다른 것보다 최대 100 배 빠른 과도 응답 시간을 가지며, 이는 특정 전문 분야에서 매우 중요합니다.
LPS의 장점
- 전원 공급은 연속적입니다.
- 회로는 간단합니다.
- 이들은 신뢰할 수있는 시스템입니다.
- 이 시스템은 부하 변화에 동적으로 반응합니다.
- 회로 저항은 출력 전압을 조절하기 위해 변경됩니다.
- 구성 요소가 선형 영역에서 작동하므로 노이즈가 낮습니다.
- 리플은 출력 전압에서 매우 낮습니다.
LPS의 단점
- 사용되는 변압기는 더 무겁고 큽니다.
- 열 분산이 더 많습니다.
- 선형 전원 공급 장치의 효율은 40 ~ 50 %입니다.
- 전력은 LPS 회로에서 열의 형태로 낭비됩니다.
- 단일 출력 전압을 얻습니다.
우리는 이미 선형 전원 공급 장치의 다른 부분을 살펴 보았습니다. 선형 전원 공급 장치의 블록 다이어그램은 다음 그림과 같습니다.
위의 단점에도 불구하고 선형 전원 공급 장치는 저잡음 증폭기, 테스트 장비, 제어 회로에 널리 사용됩니다. 또한 데이터 수집 및 신호 처리에도 사용됩니다.
간단한 조절이 필요하고 효율성이 문제가되지 않는 모든 전원 공급 시스템에는 LPS 회로가 사용됩니다. 전기적 노이즈가 낮기 때문에 LPS는 민감한 아날로그 회로에 전원을 공급하는 데 사용됩니다. 그러나 Linear Power Supply 시스템의 단점을 극복하기 위해 SMPS (Switched Mode Power Supply)가 사용됩니다.
SMPS (Switched Mode Power Supply)
낮은 효율, 리플을 줄이기 위해 큰 값의 커패시터 필요, 무겁고 값 비싼 변압기 등과 같은 LPS의 단점은 다음을 구현하여 극복합니다. Switched Mode Power Supplies.
SMPS의 작동은 LPS에 사용되는 트랜지스터가 전압 강하를 제어하는 데 사용되는 반면 SMPS의 트랜지스터는 controlled switch.
일
SMPS의 작동은 다음 그림으로 이해할 수 있습니다.
SMPS 회로의 각 단계에서 일어나는 일을 이해하려고 노력합시다.
입력 단계
AC 입력 공급 신호 50Hz는 변압기를 사용하지 않고 정류기와 필터 회로 조합에 직접 제공됩니다. 이 출력은 다양한 변화를 가지며 입력 변동을 처리하려면 커패시터의 커패시턴스 값이 더 높아야합니다. 이 규제되지 않은 DC는 SMPS의 중앙 스위칭 섹션에 제공됩니다.
스위칭 섹션
이 섹션에서는 전력 트랜지스터 또는 MOSFET과 같은 고속 스위칭 장치를 사용합니다.이 장치는 변동에 따라 ON 및 OFF를 전환하며이 출력은이 섹션에있는 변압기의 1 차측에 제공됩니다. 여기에 사용되는 변압기는 60Hz 공급에 사용되는 변압기와 달리 훨씬 작고 가벼운 변압기입니다. 이들은 훨씬 효율적이므로 전력 변환 비율이 더 높습니다.
출력 단계
스위칭 섹션의 출력 신호는 필요한 DC 전압을 얻기 위해 다시 정류 및 필터링됩니다. 이것은 조정 된 출력 전압이며 피드백 회로 인 제어 회로에 제공됩니다. 피드백 신호를 고려한 후 최종 출력을 얻습니다.
제어 장치
이 장치는 많은 섹션이있는 피드백 회로입니다. 다음 그림에서 이에 대해 명확하게 이해합시다.
위 그림은 제어 장치의 내부 부품을 설명합니다. 출력 센서는 신호를 감지하여 제어 장치에 연결합니다. 신호는 다른 섹션과 격리되므로 갑작스러운 스파이크가 회로에 영향을주지 않습니다. 기준 전압은 신호와 필요한 신호 레벨을 비교하는 비교기 인 오류 증폭기에 대한 신호와 함께 하나의 입력으로 제공됩니다.
초핑 주파수를 제어함으로써 최종 전압 레벨이 유지됩니다. 이는 오류 증폭기에 제공된 입력을 비교하여 제어되며, 출력은 초핑 주파수를 높이거나 낮출 지 여부를 결정하는 데 도움이됩니다. PWM 발진기는 표준 PWM 파형 고정 주파수를 생성합니다.
다음 그림을 보면 SMPS의 완전한 기능에 대한 더 나은 아이디어를 얻을 수 있습니다.
SMPS는 전압 스위칭이 전혀 문제가되지 않고 시스템의 효율성이 정말로 중요한 곳에서 주로 사용됩니다. SMPS와 관련하여 주목해야 할 몇 가지 사항이 있습니다. 그들은
SMPS 회로는 스위칭에 의해 작동되므로 전압은 지속적으로 변합니다.
스위칭 장치는 포화 또는 차단 모드에서 작동합니다.
출력 전압은 피드백 회로의 스위칭 시간에 의해 제어됩니다.
스위칭 시간은 듀티 사이클을 조정하여 조정됩니다.
SMPS의 효율성은 과잉 전력을 열로 발산하는 대신 지속적으로 입력을 전환하여 출력을 제어하기 때문에 높습니다.
단점
SMPS에는 다음과 같은 몇 가지 단점이 있습니다.
- 고주파 스위칭으로 인해 잡음이 있습니다.
- 회로는 복잡합니다.
- 전자기 간섭을 일으 킵니다.
장점
SMPS의 장점은 다음과 같습니다.
- 효율은 80 ~ 90 %에 이릅니다.
- 열 발생 감소; 전력 낭비 감소.
- 전원 공급 장치에 대한 고조파 피드백 감소.
- 이 장치는 작고 크기가 작습니다.
- 제조 비용이 절감됩니다.
- 필요한 수의 전압을 제공하기위한 제공.
응용
SMPS에는 많은 응용 프로그램이 있습니다. 컴퓨터의 마더 보드, 휴대폰 충전기, HVDC 측정, 배터리 충전기, 중앙 배전, 자동차, 가전 제품, 랩톱, 보안 시스템, 우주 정거장 등에 사용됩니다.
SMPS의 유형
SMPS는 조정되지 않은 DC 또는 AC 전압에서 조정 된 DC 출력 전압을 얻기 위해 설계된 스위치 모드 전원 공급 장치 회로입니다. 다음과 같은 네 가지 주요 SMPS 유형이 있습니다.
- DC-DC 변환기
- AC-DC 컨버터
- 플라이 백 컨버터
- 순방향 변환기
입력 섹션의 AC-DC 변환 부분은 AC-DC 컨버터와 DC-DC 컨버터의 차이를 만듭니다. 플라이 백 컨버터는 저전력 애플리케이션에 사용됩니다. 또한 SMPS 유형에는 요구 사항에 따라 출력 전압을 낮추거나 높이는 벅 컨버터 및 부스트 컨버터가 있습니다. 다른 유형의 SMPS에는 자체 발진 플라이 백 컨버터, 벅 부스트 컨버터, Cuk, Sepic 등이 있습니다.