단상 정류기

단상 정류기는 장비 및 디지털 전자 장치에 전원을 공급하는 데 필요한 AC 공급 전압 및 전류를 DC로 변환하는 데 사용됩니다. 가정 및 상업에 공급되는 표준 주전원은 AC입니다. 그러나 대부분의 디지털 전자 장치는 DC 전원에서 작동하도록 설계되었습니다. 정류기는 AC 전기를 호환 가능한 DC 공급 장치로 변환하는 데 사용할 수 있는 장치입니다. 정류기는 전류를 한 방향으로만 전달하여 바이폴라 AC 입력을 단극 정류 출력으로 변환합니다. 정류기 회로는 하나 이상의 다이오드를 사용하여 양극 또는 음의 AC 전력만 전달하여 맥동 소스를 생성한 다음 필터링하여 부드럽고 일관된 DC 전압 및 전류를 얻습니다. 이 비디오에서는 기본적인 정류기 및 다이오드 회로 개념을 소개하고, 몇 가지 일반적인 정류기 회로를 시연하며, 전압 입력 및 부하 구성의 변화에 따라 정류기 회로의 전압 출력을 테스트합니다.

정류기는 전자 회로에 사용되는 장치로 한 방향으로 전류를 흐르게 하고 다른 방향으로 전류를 차단합니다. 정류기는 임계 순방향 전압이 초과될 때만 전류의 흐름을 허용합니다. 다이오드 정류기에는 양극과 음극의 두 단자가 있으며 전류는 양극에서 음극으로 흐르고 음극에서 양극으로 차단됩니다. 단상 반파 정류기는 단일 다이오드를 통해 전압을 전달합니다. 이 회로에서는 AC 입력 전압의 양극 절반만 부하 저항을 통해 출력으로 전송됩니다. 다이오드가 반전되면 AC 입력 전압의 음의 절반만 저항기에 나타납니다. AC 사이클의 음의 절반에 대한 전압이 차단됩니다. 극성이 하나뿐인 RMS 또는 제곱근 평균 제곱근 출력 전압은 양극 입력 전압에 비해 감소합니다. 전파 정류기는 그림과 같이 4개의 다이오드 브리지 회로를 통해 AC 입력 전압의 두 절반 주기를 모두 통과합니다. 음의 절반의 극성을 뒤집고 부하 저항기에서 더 높은 평균 출력 전압을 생성합니다. 정류기는 단방향이지만 맥동 전류를 발생시키며 그 효과는 반파 정류기에서 더 분명합니다. 그러나 정류기의 출력은 일반적으로 부하 저항과 직렬로 연결된 인덕터를 추가하여 필터링됩니다. 전파 정류기에서 부하 저항과 병렬로 조립된 커패시터는 동일한 용도로 사용됩니다. 이 비디오는 서로 다른 출력 부하, 다이오드 끄기 특성 및 서로 다른 회로를 사용한 DC 출력 전압 필터링을 사용한 반파 및 전파 단상 정류기 작동을 보여줍니다.

이 정류기 작동 시연을 위해 두 개의 서로 다른 AC 소스가 사용되며, 고주파, 1 킬로 헤르츠 입력은 10 볼트 피크 정현파 출력의 함수 발생기를 사용하여 생성됩니다. 저주파 60헤르츠 입력은 variac에 의해 공급됩니다. 전원이 공급되는 동안 회로의 어떤 부분도 만지지 마십시오. 펑션 발생기 소스를 사용할 때 회로는 그림과 같이 접지됩니다. variac 공급 장치를 접지하지 마십시오. 고주파 출력을 위해 함수 발생기를 설정하려면 차동 프로브를 오실로스코프 채널 1에 연결하고 10x 프로브를 채널 2에 연결합니다. 스케일링 계수를 디퍼런셜 프로브에서 20배로, 10x 프로브에서 10배로 조정합니다. 스코프 채널 메뉴에서 두 프로브를 모두 10x로 설정합니다. 디퍼런셜 프로브의 경우, 측정값에 수동으로 2를 곱하여 원하는 출력의 20배에 도달합니다. 그런 다음 BNC-앨리게이터 케이블을 함수 발생기의 50옴 출력에 연결하고 앨리게이터 클립을 10x 스코프 프로브에 연결합니다. 출력을 0 DC 오프셋이 있는 10V 피크 및 1,000Hz 정현파 형태로 설정합니다. 신호가 적절하게 설정되면 bnc 커넥터와 스코프 프로브를 분리하되 함수 발생기는 설정을 유지하기 위해 켜진 상태로 유지합니다. 저주파 출력을 위해 variac을 설정하려면 출력 콘센트가 분리되어 있고 노브가 0으로 설정된 상태에서 꺼져 있는지 확인하십시오. 그런 다음 variac 노브를 5% 출력으로 천천히 조정하여 10볼트 피크를 달성합니다.

먼저 고주파 입력 전압과 저항 부하로 반파 정류기를 테스트합니다. 51옴 부하 저항과 50볼트 및 2암페어 등급의 다이오드를 사용하여 그림과 같이 회로를 구축합니다. 다이오드 극성은 음극 끝에 대시 기호로 표시되어 있습니다. 차동 프로브를 회로에 연결하기 전에 프로브의 단자를 함께 연결하고 파형을 제로 오프셋 전압으로 조정하십시오. 그런 다음 부하 저항에 차동 전압 프로브를 연결하여 출력 전압을 관찰하고 AC 측을 가로지르는 10x 프로브를 연결하여 입력 전압을 관찰합니다. 다음으로, 입력 전압의 4개 주기에 대한 입력 및 출력 전압을 표시하도록 스코프의 시간축을 조정합니다. 수정하기 전에 함수 발생기를 분리하고 회로에서 차동 프로브를 제거하십시오. 다음으로, 고주파 입력과 저항 유도 부하로 반파 정류기를 테스트합니다. 그림과 같이 회로를 재사용하여 저항과 직렬로 인덕터를 추가합니다. 앞에서 설명한 대로 프로브를 회로에 연결하고 입력 및 출력 전압의 파형을 표시합니다. 함수 발생기를 끄고, 차동 프로브를 분리하고, 회로에서 인덕터를 제거합니다. 마지막으로, 저주파 입력과 저항 부하로 반파 정류기를 테스트합니다. 디퍼런셜 프로브를 variac에 연결하고 켭니다. variac을 조정하여 10V 피크 출력을 얻은 다음 전압 설정을 변경하지 않고 variac을 끕니다. 그림과 같이 variac 출력을 저항 회로에 연결합니다. 그런 다음 부하 저항에 차동 전압 프로브를 연결하여 출력 전압을 관찰합니다. variac을 켭니다. 가변 전원이 연결되어 켜져 있는 회로를 만지지 마십시오. 앞에서 설명한 대로 입력 전압과 출력 전압의 파형을 표시합니다.

먼저 저항 부하로 전파 정류기를 테스트합니다. 그림과 같이 회로를 구축하고 프로브와 variac 출력을 회로에 연결합니다. 앞에서 설명한 대로 입력 전압과 출력 전압의 파형을 표시하고 피크 대 피크 전압을 측정합니다. 프로브 연결을 유지하면서 variac을 끄고 저항 부하와 병렬로 전해 커패시터를 연결합니다. 그런 다음 입력 및 출력 전압을 관찰합니다.

첫 번째 그림은 AC 공급 전압의 4개 주기와 반파 정류기에 결합된 저항 부하의 출력을 보여줍니다. 입력 AC 전압의 양의 반주기만 다이오드 정류기를 통과합니다. 반파 정류기 회로의 입력 전압이 정현파인 경우 저항 부하가 있는 단일 다이오드의 평균 전압 출력은 입력 피크 전압을 pi로 나눈 값입니다. 인덕터가 부하 저항과 직렬로 추가되면 다이오드 끄기 영역이 지연됩니다. 이 인덕터와 저항기의 조합은 저역 통과 필터입니다. 인덕터의 값이 충분히 크면 출력의 진동 성분이 차단되고 일정한 DC 성분만 남게 됩니다. 풀 브리지 정류기의 경우 입력 포지티브 반주기는 회로를 통과하고 음의 반주기는 포지티브로 정류됩니다. 충분히 큰 커패시터를 추가하면 대부분의 전압 리플이 필터링되고 부하에 일관된 DC 전압이 제공됩니다.

다이오드 정류기는 대부분의 전원 공급 장치, 충전기, 가변 주파수 드라이브 및 많은 보호 회로에 있습니다. 첫째, AC 전원 어댑터는 DC 공급 기계의 전원을 변환하거나 장치에 포함된 DC 배터리를 충전하는 데 사용됩니다. 어댑터는 120V 벽면 공급 장치에서 전압을 강압하는 변압기, 4개의 다이오드 브리지 전파 정류기 및 DC 출력 전압을 평활화하는 커패시터로 구성된 회로만큼 간단할 수 있습니다. 사이리스터는 조광기, 모터 속도 컨트롤러 및 전압 조정기에 일반적으로 사용되는 실리콘 제어 정류기입니다. 설계상 사이리스터는 P형 측에서 양극을 생성하고, N형 측에서 음극을 생성하고, 음극 옆의 P형 층에 연결된 게이트 도약을 생성하는 데 사용되는 P형 및 N형 반도체의 교대층을 위한 것입니다. 래칭 임계값 이상에서 게이트로 들어가는 전류 펄스는 사이리스터를 꺼짐에서 켜짐으로 전환하여 양극에서 음극으로 순방향 전류 흐름을 허용합니다. 이는 전류 흐름을 한 방향으로 조정하고 통합 스위칭 메커니즘으로 출력 전력을 조절합니다.

JoVE의 단상 정류기 소개를 시청했습니다. 이제 단상 정류기의 작동 방식, 일반적인 정류기 회로 및 출력, 몇 가지 일반적인 정류기 응용 프로그램을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.