7. 전파정류, 클리퍼
1. 브리지 회로
(1) 이상적인 다이오드의 경우
(i) 0<t<T2일 때, vi>0이고 D2, D3은 ON, D1, D4는 OFF.
(ii) T2<t<T일 때, vi<0이고 D1, D4는 ON, D2, D3은 OFF.
전파 브리지 회로의 평균값은 Vdc=2Vmπ=0.636Vm으로 반파정류의 평균값의 2배이다.
(2) 실리콘 다이오드의 경우
vo=vi−2VK이고 Vomax=Vm−2VK이므로 Vdc=2(Vm−VK)π이다.
전파 브리지 회로의 다이오드 PIV: +반주기 동안 vo의 최댓값은 Vm이므로 Vm은 D1, D4의 PIV이다.
마찬가지로 -반주기 동안 D2, D3의 PIV는 Vm이다.
2. 중심탭 변압기
위의 오른쪽 회로와 같이 2개의 다이오드와 변압기의 2차 측을 두 부분으로 나누어 각각에 입력신호가 걸리게 하는 전파 정류기를 중심탭 변압기라고 한다.
(1) 이상적인 다이오드의 경우
(i) +반주기(0<t<T2)에서 D1은 ON, D2는 OFF이고, vo=vi.
(ii) -반주기(T2<t<T)에서 D1은 OFF, D2는 ON이고, vo=−vi.
(iii) 반주기 동안 D2의 PIV는 Vm+VRmax=Vm+Vm=2Vm이고 브릿지 회로의 2배이다.
위 회로의 출력파형과 Vdc, PIV를 구하면
(i) 0<t<T2일 때, vi>0이므로 D1은 OFF, D2는 ON이고, vo=vR1=R1R1+R2vi=12vi.
(ii) T2<t<T일 때, vi<0이므로 D1은 ON, D2는 OFF이고, vo=R1R1+R2vi=12vi.
Vomax=5V이므로 Vdc=2Vomaxπ=3.18V PIV는 5V이다.
입력신호의 특정 부분을 제거하는(나머지 파형 부분은 유지) 회로를 클리퍼라고 한다. 클리퍼 회로에는 다이오드와 직렬로 부가적인 직류전원이 연결될 수 있다.
다이오드가 부하(출력)와 직렬로 연결된 구조를 직렬 클리퍼라고 한다.
다이오드의 ON, OFF를 정하는 입력전압 결정이 중요하다. 이상적인 다이오드에서 vd=0, id=0이 되는 입력전압을 결정하는데 이때의 입력전압을 전이전압이라고 한다.
다이오드가 ON, OFF일 때를 구분하여 해석한다. vi>V이면, 다이오드는 ON이고, vi<V이면, 다이오드는 OFF이므로 vi=V가 전이전압이다.
클리퍼 해석순서:
1. KVL(키르히호프 전압법칙) 적용.
2. 다이오드가 ON이 될 조건(vd>VK, 이상적인 다이오드의 경우는 vd>0)을 결정하는데 이때 id=0이라고 한다.
3. ON일 때의 vo계산.
4. OFF일 때의 vo계산.
위 회로에 적용하면
1. KVL 적용: vi=V+vd+vR
2. ON조건: vd=vi−V−vR=vi−V>0(id=0이므로 vR=idR=0)
3. ON일 때의 출력전압: vi=V+vd+vR이므로 vo=vi−V(vd=0, vR=vo)
4. OFF일 때의 출력전압: vo=0
위의 클리퍼 회로를 해석하면
KVL: vd=−V+vd+vo
ON조건: vd=vi+V−vo=vi+V>0 (vo=vR=idR=0)
ON일 때의 출력전압: vo=vi+5V
OFF일 때의 출력전압: vo=0V
전이전압은 vi=−5V이고 vi>−5V일 때, ON이고 vo=vi+5V, vo<−5V일 때, OFF이고 vo=0V.
(위의 회로에서 입력신호가 구형파일 때의 출력)
부하(출력)에 병렬로 다이오드가 연결된 구조를 병렬 클리퍼라고 한다.
위의 병렬 클리퍼 회로를 해석하면
1. KVL: vi=vR−vd+V
2. ON조건: vd=vR+V−vi=V−vi>0(id=0,vR=0)이므로 vi<4V
3. ON일 때의 출력전압: vo=−vd−4=4V
4. OFF일 때의 출력전압: vo=vi
(위의 병렬 클리퍼 회로의 입출력파형)
위의 병렬 클리퍼 회로를 해석하면
1. KVL: D1:vi=vR+vD1+V1, D2:vi=vR−vD2+V2
2. ON조건:
D1: vD1=vi−vR−V1=vi−V1>0이므로 vi>V1
D2: vD2=vR−vi−V2=−vi−V2>0이므로 vi<−V2
3. ON일 때의 출력전압: D1:vo=vD1+V1=V1, D2:vo=−vD2−V2=−V2
4. OFF일 때의 출력전압: D1:vo=vi, D2:vo=vi
* 두 다이오드가 모두 ON이 되는 경우는 없다(KVL에 위배되기 때문).
참고자료:
Electronic Devices and Circuit Theory 11th edition, Boylestad, Nashelsky, Pearson
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