[기초전자회로실험] 5. 전파 정류 회로, 전파 중심-탭 변압기 회로

[기초전자회로실험] 5. 전파 정류 회로, 전파 중심-탭 변압기 회로

1. 실험목적

전파 정류 회로의 출력 직류전압을 계산하고 측정하고, 전파 중심-탭 변압기 회로의 출력 직류전압을 계산하고 측정한다.

2. 실험이론

전파 정류 시스템의 주된 기능은 평균값이 0인 정현파 입력 신호로부터 직류 값을 얻는 것이다. 4개의 다이오드를 사용한 회로(아래 그림 참고)

에서 얻어진 전파 정류 신호는 다음과 같고,

피크 전압 \(V_{m}\)의 \(63.6\text{%}\)인 등가 직류 전압을 얻는다. 즉 \(V_{DC}=0.636V_{\text{peak}}\)

입력 정현파 신호가 큰 경우(\(V_{m}\gg V_{k}\)), 다이오드의 순방향 무릎전압 \(V_{k}\)를 무시할 수 있으나, \(V_{m}<V_{k}\)이면, \(V_{k}\)는 직류값에 영향을 준다.

정류회로에서 PIV(다이오드가 제너영역에 들어서기 전 견딜 수 있는 최대 역방향 전압)을 고려해야 한다. 전파 브리지 회로에는 4개의 다이오드가 사용되고, 최대 역방향 전압은 인가된 정현파의 피크값인 \(V_{m}\)이나 두개의 다이오드를 이용한 중심-탭 변압기에서는 인가된 신호의 피크값의 두배, 즉 \(2V_{m}\)이다.

3. 실험

1) 사용장비 및 부품

오실로스코프, DMM, \(2.2\text{k}\Omega,\,3.3\text{k}\Omega\)저항, (같은 종류의) 실리콘 다이오드 4개, 함수발생기, \(12.6\text{V}\) 중심-탭 변압기

2) 실험

무릅전압

실험에 사용되는 4개의 (같은 종류의) 실리콘 다이오드 중 하나를 선택해서 DMM의 다이오드 검사기능 또는 커브 트레이서로 무릎전압 \(V_{k}\)를 측정한다.

전파 정류 회로

(1) 다음 그림과 같이 전파 브리지 정류회로를 구성하고, 저항 \(R=R_{\text{meas}}\)을 DMM을 이용하여 측정하고 기록한다.

그 다음으로 DMM을 AC로 놓고, 변압기의 2차측에서의 전압의 실효값을 측정하여 정격 전압 \(12.6\text{V}\)와 같은지 확인한다.

(2) 측정값을 사용하여 2차측 전압의 피크값 \(V_{\text{peak}}=\sqrt{2}V_{\text{rms}}\)을 계산한다.

(3) 측정한 무릎전압값을 이용하여 출력파형 \(v_{o}\)의 파형을 그린다. 그 다음으로 2차 전압의 크기에 맞는 오실로스코프의 수직, 수평 감도를 선택하고, 그 감도를 기록한다.

(4) 결합 스위치를 GND위치에 놓고 수평선을 \(v_{o}=0\text{V}\)으로 설정한다. 그 다음으로 오실로스코프의 결합 스위치를 DC 위치에 놓고 출력파형을 그리는데 실험 (3)과 동일한 감도를 사용하고 선택한 수직 감도로 최대, 최소값을 결정하고 그 값들을 출력파형에 표시한다.

(5) 출력파형의 직류값을 계산한다.

(6) DMM으로 출력파형의 직류 전압을 측정하고, 측정값 \(V_{\text{meas}}\)과 계산값 \(V_{\text{calc}}\)사이의 오차를 다음 식을 이용하여 구한다.$$\text{Error}=\left|\frac{V_{\text{meas}}-V_{\text{calc}}}{V_{\text{calc}}}\right|\times100(\text{%})$$

(7) 다이오드 \(D_{3},\,D_{4}\)를 각각 \(2.2\text{k}\Omega\)저항으로 바꾸고, 각 다이오드의 무릎전압의 영향을 고려하여 출력파형을 그리는데 이 때 최대, 최소값을 표시한다.

(8) 오실로스코프로 출력 파형을 관찰하고 그 출력파형을 그리는데 최대, 최소값을 표시한다. 그리고 실험 (7)의 파형과 비교한다.

(9) 실험 (8)에서의 직류값을 계산한다.

(10) DMM으로 출력 전압의 직류값을 측정하고, 오차를 계산한다.

전파 중심-탭 변압기 회로

(1) 다음 그림과 같이 회로를 구성하고, 저항 \(R=R_{meas}\)을 DMM으로 측정하고 기록한다.

DMM을 AC로 놓고 변압기의 두 2차 전압을 측정하여 기록하고 정격전압 \(6.3\text{V}\)와 같은지 확인한다.

(2) 각각의 다이오드에 대해 이미 측정된 무릎전압 \(V_{k}\)를 이용하여 출력파형 \(v_{o}\)를 그리는데 2차 전압의 크기에 적절한 수직, 수평 감도를 선택하고, 감도 또한 기록한다.

(3) 결합 스위치를 GND에 놓고 수평선을 \(v_{o}=0\text{V}\)로 설정한다. 오실로스코프의 결합 스위치를 DC에 놓고 출력파형을 관찰하고, 그 파형을 그리는데 실험 (2)와 같은 감도를 사용하고, 선택한 수직 감도로 최대, 최소값을 결정하고 파형에 표시한다.

(4) 출력파형 \(v_{o}\)의 직류값에 대해서 계산값과 측정값을 결정하고 비교한다.

(Pspice를 이용한 전파 중심-탭 변압기 회로 해석)

다음은 Pspice를 이용하여 전파 중심-탭 변압기 회로의 출력 파형을 구한 것이다.(변압기: XFRM_Linear, 다이오드: D1N4002)

(실행 전)

(실행 후)

변압기에서의 파형과 출력파형. 파란색 곡선이 출력파형으로 그 피크 값은 변압기에서의 피크 값에서 다이오드의 무릎전압 만큼 뺀 값이다.

참고자료:

Laboratory Manual to accompany Electronic Devices and Circuit Theory 11th edition, Boylestad, Nashelsky, Monssen, Pearson

Electronic Devices and Circuit Theory 11th edition, Boylestad, Nashelsky, Pearson

http://ee208.cankaya.edu.tr/uploads/files/lab4.pdf

http://akademik.bahcesehir.edu.tr/eee2116/documents/expWeek3NEW.pdf