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Overview

출처: 알리 바지, 코네티컷 대학교 전기 공학학과, 스토스, CT.

DC 전원 공급 장치는 일반적으로 DC 또는 단방향 전압 및 전류를 공급하는 장치로 간주됩니다. 배터리는 이러한 전원 공급 장치 중 하나이지만 수명과 비용 면에서 제한됩니다. 단방향 전력을 제공하는 또 다른 방법은 정류기를 사용하여 AC 라인 전력을 DC 전원으로 변환하는 것입니다.

정류기는 한 방향으로 전류를 전달하고 다른 방향으로 차단하여 AC를 DC로 변환할 수 있는 장치입니다. 정류기는 전자 회로에서 중요하며, 이는 특정 임계값 전방 전압을 극복한 후에만 특정 방향으로 전류를 허용하기 때문에 중요합니다. 정류기는 다이오드, 실리콘 컨트롤러 정류기 또는 다른 유형의 실리콘 P-N 접합부일 수 있습니다. 다이오드는 양극과 음극의 두 단자가 있으며, 현재는 양극에서 음극으로 흐릅니다. 정류기 회로는 양극성 인 AC 전압과 전류를 DC 전압 및 전류를 쉽게 필터링 할 수있는 단극성 전압 및 전류로 변경하는 하나 이상의 다이오드를 사용합니다.

Principles

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다이오드 정류기는 한 방향으로 전류를 통과하고 다른 방향으로 차단하는 2단 반도체 장치입니다. 현재양극에서 음극으로 전달되지만 음극에서 양극으로 전달되지는 않습니다. 일반적으로 차단 방향(양극에 음극)에 일부 누설 전류가 있지만 매우 낮습니다. 따라서 다이오드는 음극에서 양극에 걸쳐 특정 전압 레벨을 차단해야 하므로 다이오드는 전류 운반 기능과 전압 차단 기능에 대해 평가됩니다. 다이오드 단자 전체의 전압이 전압 차단 등급을 초과하면 다이오드는 고장 지역에서 작동하며 현재의 두 가지 방법을 모두 중단합니다. 다이오드가 한 방향으로 전류를 전달한다는 사실은 AC를 DC로 변환할 수 있는 정류 기능으로 이어집니다.

하프 웨이브 정류기(그림.1 및 도 2)는 AC 입력 전압의 절반만 출력에 전달하며, 제로 출력 전압을 제공하여 음수 반쪽을 차단합니다. 전파 정류기(도 3 및 도 4)는 음의 반의 극성을 뒤집어 양수 반쪽을 통과하는 것 외에도 양성이 된다. 이러한 정류기의 출력은 매끄럽지 않지만 전류가 한 방향으로만 흐르기 때문에 정의 DC 출력에 의해 결정됩니다. 그러나 이러한 출력 파형은 일반적으로 생성된 출력 전압을 원활하게 하기 위해 필터링됩니다.

이 실험의 목적은 다른 부하 유형에 대한 하프 웨이브 및 풀 웨이브 단일 위상 정류기 작업을 연구하는 것입니다. 다이오드 전류가 0에 도달하면 정류가 다이오드의 턴오프 특성과 함께 관찰됩니다. 전기 분해 커패시터를 사용하여 DC 출력 전압을 필터링하는 것도 연구됩니다.

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Procedure

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주의: 이 실험 중에 활력을 불어넣는 동안 회로의 일부를 만지지 마십시오. AC 소스는 기능 발생기가 소스일 때 도 1 과 2에 도시된 바와 같이 접지됩니다. VARIAC를 접지하지 마십시오.

1. AC 소스 설정

이 실험의 경우 두 개의 AC 소스가 사용됩니다. 60Hz의 저주파및 10V 피크 부비동 출력 및 1kHz 주파수를 갖춘 기능 발생기의 가변 변압기(VARIAC).

  1. 시작하기 전에 차동 프로브를 하나의 범위 채널에 연결하고 일반 프로브를 다른 채널에 연결합니다.
  2. 20X(또는 1/20)의 차동 프로브와 10X의 일반 프로브: 프로브의 단추를 다음과 같이 조정합니다. 차동 프로브를 켜는 것을 잊지 마십시오.
  3. 범위의 각 채널 메뉴에서 프로브를 10배로 설정합니다. 차동 프로브의 경우 측정 또는 결과를 2배 곱하여 원하는 20X에 도달합니다.
  4. 함수 생성기를 설정하려면 50개의 Ω 출력이 BNC-앨리게이터 케이블에 연결되어 있는지 확인합니다.
    1. 악어 클립을 일반 범위 프로브에 연결하여 함수 생성기 출력을 관찰합니다.
    2. 출력을 10V 피크와 0 DC 오프셋으로 1kHz 주파수로 설정합니다.
    3. 함수 생성기 출력을 관찰하고 원하는 출력 파형을 달성하기 위해 설정을 조정합니다.
    4. 신호가 설정되면 BNC 커넥터를 분리하지만 기능 생성기를 켜서 설정을 유지합니다. 생성기 출력에서 범위 프로브를 분리합니다.
  5. VARIAC를 설정하려면 VARIAC 출력(일반 리셉터클처럼 보이는)이 케이블에 연결되어 있지 않은지 확인합니다.
    1. VARIAC를 끄고 노브가 0으로 설정되어 있는지 확인합니다.
    2. VARIAC 노브를 5%의 출력으로 천천히 조정합니다. 이렇게 하면 약 10V 피크 전압이 생성됩니다.

하프 웨이브 정류기

2. 고주파 입력을 가진 저항 하중

  1. 함수 생성기를 AC 소스로 사용하지만 지금은 회로에서 분리되지 않도록 합니다.
  2. 프로토 보드에 그림.1에 표시된 회로를 구축합니다. 다이오드(D)는 2A01G-T정격50V 및 2A, 하중 저항기(R)는 51 Ω.
    1. 다이오드 극성이 올바른지 확인합니다. 다이오드의 대시는 음극에 있습니다.
  3. 차동 프로브를 회로에 연결하기 전에 프로브의 단단을 함께 묶고 측정된 파형을 화면에 조정하여 0 오프셋 전압을 표시합니다.
    1. 하중 저항기에 분산 전압 프로브를 연결하여 출력 전압 V를 관찰합니다.
    2. AC 측에 일반 프로브를 연결하여 입력 전압 V를관찰합니다.
    3. 함수 생성기를 회로에 연결합니다.
  4. V를 표시하고 V에서 V의 최대 4개의 기본 주기에 대해 V를 표시하도록 범위에 대한 시간 기준을 조정합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
    1. 다이오드 턴오프 영역을 확대하고 파형의 복사본을 만듭니다.
  5. 함수 생성기를 분리하고 부하 수정을 위해 차동 프로브를 제거합니다. 회로와 연결의 나머지 부분을 있는 것처럼 유지합니다.

Figure 1
그림 1: 저항 하중이 있는 하프 웨이브 정류기

3. 고주파 입력을 가진 저항 유도 부하

  1. 도 1에서 동일한 회로를 사용하여 도 2에 도시된 바와 같이 저항 하중과 함께 4.7 mH 인덕터(L)를 연이어 연결한다.
  2. 하중 저항기 를 가로 질러 차동 전압 프로브를 연결하여 R-L 하중 전류I와 동일한 파형 모양을 가지고 있는 저항 전압 V아웃을 관찰합니다.
  3. 함수 생성기 출력 ON을 켭니다.
  4. V를 표시하고 V에서 V의 최대 4개의 기본 주기에 대해 V를 표시하도록 범위에 대한 시간 기준을 조정합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
    1. 다이오드 턴오프 영역을 확대하고 턴오프 시간의 지연을 관찰합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
    2. 함수 생성기 출력을 끄고 회로에서 분리합니다.
    3. 인덕터 L을 제거하고 회로의 나머지 부분을 있는 것처럼 유지합니다.

Figure 2
그림 2: R-L 부하가 있는 하프 웨이브 정류기

4. 저주파 입력을 가진 저항 하중

  1. VARIAC 출력이 5%이고 회로에서 분리되어 있는지 확인합니다. VARIAC에 분산 프로브를 연결하고 VARIAC ON을 켜고 출력을 약간 조정하여 10V 피크를 달성합니다.
    1. 참조 입력 전압 관찰으로 사용할 범위의 파형을 캡처합니다.
    2. VARIAC를 끄지만 전압 설정을 변경하지 는 않습니다.
  2. 도 1에서 동일한 회로를 사용하여, 즉 인덕터와 저항기가 유일한 부하인 경우, 플러그 바나나 케이블을 사용하여 VARIAC 출력을 연결한다.
  3. 하중 저항기를 가로질러 차동 전압 프로브를 연결하여 출력 전압, V출력을 관찰합니다.
  4. VARIAC 출력을 켭니다. 회로에서 멀리 하고 범위에 파형을 관찰. 회로를 디버깅해야 하는 경우 먼저 VARIAC OFF에 전원을 공급합니다.
  5. 범위의 시간 기준을 조정하여 최대 4개의 기본 주기에 대해 V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
    1. 다이오드 턴오프 영역을 확대하고 파형의 복사본을 만듭니다.
  6. VARIAC를 끄고 회로를 분해합니다. VARIAC 전압 설정을 변경하지 마십시오.

풀 웨이브 정류기

5. 저항 하중

  1. 프로토 보드에 도 3에 표시된 회로를 구축합니다.
    1. 다이오드 극성이 올바른지 확인합니다. 다이오드의 대시는 음극에 있습니다.
  2. 회로가 준비되면 VARIAC 출력을 AC 소스로 연결합니다.
  3. 하중 저항기에 분산 전압 프로브를 연결하여 출력 전압 V를 관찰합니다.
  4. VARIAC 출력을 켭니다. 회로에서 멀리 하고 범위에 파형을 관찰. 회로를 디버깅해야 하는 경우 먼저 VARIAC OFF에 전원을 공급합니다.
  5. 범위의 시간 기준을 조정하여 V에서 최대 4개의 기본 주기에 대해 V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
    1. 커서를 사용하여 V아웃의 피크-투-피크 값을 측정합니다.
  6. 프로브 연결을 있는 것처럼 유지하고 VARIAC를 끄고 회로를 분해합니다.
    1. VARIAC 전압 설정을 변경하지 마십시오.

Figure 3
그림 3. 저항 하중이 있는 풀 웨이브 정류기.

6. 필터링 커패시터와 저항 부하

  1. 도 3에서 동일한 회로를 사용하여, 도 4에 도시된 바와 같이 저항 하중과 병행하여 전해질 커패시터(C)를 연결한다.
    1. 커패시터 극성이 하중의 음수 측에 연결된 (-) 단말과 함께 올바른지 확인합니다.
  2. VARIAC 출력을 켭니다. 회로에서 멀리 하고 범위에 파형을 관찰. 회로를 디버깅하기 전에 VARIAC OFF에 전원을 공급합니다.
  3. 범위의 시간 기준을 조정하여 VIN의 최대 4개의 기본 주기에 V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
    1. 해당 채널의 커서및 AC 커플링 옵션을 사용하여 V아웃의 피크-투-피크 값을 측정합니다(AC 커플링은 신호의 DC 오프셋을 제거합니다).
  4. 측정이 완료되면 DC 커플링으로 반환합니다.
  5. VARIAC를 끕니다.
  6. 회로를 분해하고 벤치를 정리합니다.

Figure 4
그림 4. 저항 하중 및 정전 용량 필터링이 있는 풀 웨이브 정류기

단일 위상 정류기는 장비 및 디지털 전자 장치에 필요한 대로 AC 공급 전압 및 전류를 DC로 변환하는 데 사용됩니다. 가정과 상업에 공급되는 표준 전원은 AC입니다. 그러나 대부분의 디지털 전자 장치는 DC 전원에서 실행되도록 설계되었습니다. 정류기는 AC 전기를 호환 되는 DC 공급으로 변환하는 데 사용할 수 있는 장치입니다. 정류기는 한 방향으로만 전류를 전달하여 양극성 AC 입력을 단극성 정류 출력으로 변환합니다. 정류기 회로는 하나 이상의 다이오드를 사용하여 양수 또는 음수 AC 전력만 전달하므로 맥동 소스가 생성되어 매끄럽고 일관된 DC 전압 및 전류를 달성하도록 필터링됩니다. 이 비디오는 기본 정류기 및 다이오드 회로 개념을 소개하고, 몇 가지 일반적인 정류회로를 시연하며, 전압 입력 및 적재 구성의 변화와 함께 정류기 회로의 전압 출력을 테스트합니다.

정류기는 전자 회로에서 한 방향으로 전류를 전달하고 다른 방향으로 차단하는 데 사용되는 장치입니다. 정류기는 임계값 전방 전압을 능가하는 경우에만 전류의 통과를 허용합니다. 다이오드 정류기는 양극과 음극으로 흐르는 전류와 양극으로 흐르는 전류와 양극으로 의 두 개의 단자가 있습니다. 단일 위상 하프 웨이브 정류기는 단일 다이오드를 가로질러 전압을 전달합니다. 이 회로에서 AC 입력 전압의 양수 절반만 부하 저항기 전체의 출력으로 전송됩니다. 다이오드가 반전되면 AC 입력 전압의 음수 절반만 저항기 전체에 나타납니다. AC 주기의 음수 절반에 대한 전압이 차단됩니다. 극성이 하나만 있는 RMS 또는 루트 평균 제곱으로, 출력 전압은 양극성 입력 전압에 비해 감소됩니다. 풀웨이브 정류기는 AC 입력 전압의 두 하프 사이클을 네 개의 다이오드 브리지 회로를 가로질러 전달합니다. 음수 반쪽의 극성을 뒤집고 부하 저항기 전반에 걸쳐 더 높은 평균 출력 전압을 생성합니다. 정류기는 단방향, 하지만 반파 정류기에서 더 명백한 효과와 함께 전류를 맥동 하는 결과. 그러나, 정류기의 출력은 일반적으로 하중 저항을 가진 계열의 인덕터의 첨가에 의해 여과된다. 풀웨이브 정류기에서는 하중 저항기와 병행하여 조립된 커패시터도 동일한 용도로 사용됩니다. 이 비디오는 서로 다른 출력 부하, 다이오드 해제 특성 및 다른 회로를 사용하여 DC 출력 전압의 필터링을 통해 하프 웨이브 단일 위상 정류기 작동을 보여 줍니다.

이러한 정류기 작동 데모를 위해, 두 개의 다른 AC 소스가 사용되며, 고주파, 1킬로헤르츠 입력이 10볼트 피크 부비동성 출력을 가진 기능 발생기를 사용하여 생산된다. 저주파 60 헤르츠 입력은 바리악에 의해 공급된다. 활력을 불어넣는 동안 회로의 일부를 만지지 마십시오. 함수 생성기 소스를 사용하는 경우 회로는 표시된 대로 접지됩니다. 바락 공급을 접지하지 마십시오. 고주파 출력을 위한 함수 생성기를 설정하려면 차동 프로브를 오실로스코프 채널 1과 10x 프로브에 연결하여 2채널에 연결합니다. 차동 프로브의 배율 조정 계수와 10배 프로브의 10배로 조정합니다. 범위 채널 메뉴에서 두 프로브를 10배로 설정합니다. 차동 프로브의 경우 측정값을 2배 씩 수동으로 곱하여 원하는 출력 20배에 도달합니다. 다음으로 BNC를 악어 케이블에 연결하여 함수 생성기의 50옴 출력에 연결하고 악어 클립을 10배 범위 프로브에 연결합니다. 출력을 10볼트 피크와 1,000 헤르츠 시누소이드 파 형태로 설정하여 DC 오프셋이 0으로 설정합니다. 그에 따라 신호가 설정되면 bnc 커넥터 및 범위 프로브를 분리하지만 기능 생성기를 유지하여 설정을 유지합니다. 저주파 출력에 대한 바리악을 설정하려면 출력 리셉터클이 연결이 끊어지고 노브가 0으로 설정되어 있지 않은지 확인합니다. 다음으로, 10볼트 피크를 달성하기 위해 바리악 노브를 5%로 천천히 조정합니다.

먼저 하프웨이브 정류기는 고주파 입력 전압과 저항 부하로 테스트합니다. 51ohm 하중 저항기와 50볼트 와 2개의 앰프에 대한 다이오드를 사용하여, 표시된 대로 회로를 구축합니다. 다이오드 극성은 음극 끝에 대시 기호로 표시됩니다. 차동 프로브를 회로에 연결하기 전에 프로브의 단자기를 함께 연결하고 파형태를 0 오프셋 전압으로 조정합니다. 그런 다음, 하중 저항기를 가로질러 차동 전압 프로브를 연결하여 AC 측을 가로질러 출력 전압과 10x 프로브를 관찰하여 입력 전압을 관찰합니다. 다음으로, 범위의 시간 기준을 조정하여 입력 전압의 4주기에 대한 입력 및 출력 전압을 표시합니다. 함수 생성기를 분리하고 수정하기 전에 회로에서 차동 프로브를 제거합니다. 다음으로, 고주파 입력과 저항 유도 하중으로 하프 웨이브 정류를 테스트합니다. 회로를 재사용하여 저항기와 연재된 인덕터를 추가합니다. 앞에서 설명한 것처럼 프로브를 회로에 연결하고 파 형태의 입력 및 출력 전압을 표시합니다. 함수 생성기를 끄고 차동 프로브를 분리하고 회로에서 인덕터를 제거합니다. 마지막으로, 저주파 입력과 저항 부하로 하프 웨이브 정류를 테스트합니다. 바락을 가로질러 차동 프로브를 연결하고 켭니다. 10볼트 피크 출력을 얻기 위해 바리악을 조정한 다음 전압 설정을 변경하지 않고 바리악을 끕니다. 그림과 같이 바리악 출력을 저항 회로에 부착합니다. 그런 다음 하중 저항기를 가로질러 차동 전압 프로브를 연결하여 출력 전압을 관찰합니다. 바리악을 켭니다. 연결된 바락 전원으로 회로를 만지지 마십시오. 앞에서 설명한 바와 같이, 입력 및 출력 전압의 파형이 표시됩니다.

먼저 풀웨이브 정류기에 저항 하중을 테스트합니다. 표시된 대로 회로를 구축하고 프로브와 바리악 출력을 회로에 연결합니다. 앞에서 설명한 바와 같이, 파파 형태의 입력 및 출력 전압을 표시하고 피크를 피크 전압으로 측정합니다. 프로브 연결을 유지, variac을 해제하고 저항 부하와 병렬로 전해질 커패시터를 연결합니다. 그런 다음 입력 및 출력 전압을 관찰합니다.

첫 번째 그림은 AC 공급 전압의 4사이클과 반파 정류기와 결합된 저항 하중의 출력을 보여줍니다. 입력 AC 전압의 양수 하프 사이클만 다이오드 정류기 전체에 전달됩니다. 하프 웨이브 정류회로의 입력 전압이 부비동성인 경우, 저항 하중이 있는 단일 다이오드의 평균 전압 출력은 파이로 나눈 입력 피크 전압이다. 인덕터가 하중 저항기와 함께 연이어 추가되면 다이오드 해제 영역이 지연됩니다. 인덕터와 저항기의 조합은 로우 패스 필터입니다. 인덕터값이 충분히 크면 출력의 진동 구성 요소가 차단되어 일정 DC 구성 요소만 남깁니다. 풀 브리지 정류기의 경우 입력 포지티브 하프 사이클이 회로를 통과하고 음수 하프 사이클이 양수로 정류됩니다. 충분히 큰 커패시터를 추가하면 대부분의 전압 리플을 필터링하고 일관된 DC 전압으로 부하를 제공합니다.

다이오드 정류기는 대부분의 전원 공급 장치, 충전기, 가변 주파수 드라이브 및 많은 보호 회로에 있습니다. 첫째, AC 전원 어댑터는 DC 공급 기계의 전력을 변환하거나 장치에 포함된 DC 배터리를 충전하는 데 사용됩니다. 어댑터는 120볼트 벽 공급, 4개의 다이오드 브리지 풀 웨이브 정류기 및 DC 출력 전압을 부드럽게 하는 커패시터에서 전압을 내리는 변압기로 구성된 회로만큼 간단할 수 있습니다. Thyristors는 라이트 디머, 모터 속도 컨트롤러 및 전압 조절기에서 일반적으로 사용되는 실리콘 제어 직류기입니다. 설계상, 흉선은 P형 단말에서 양극을 만드는 데 사용되는 P 및 N형 반도체층, N형 단말의 음극, 음극 옆의 P형 층과 연결된 게이트 도약을 위한 것입니다. 래칭 임계값 을 초과하여 현재 펄스가 게이트로 전환되어 사이리스터를 끄기에서 온 으로 전환하여 양극에서 음극으로의 전류 흐름을 허용합니다. 이렇게 하면 전류 흐름을 한 방향으로 바로 잡고 통합 스위칭 메커니즘을 통해 출력 전력을 조절합니다.

단상 정류기에 대한 JoVE의 소개를 방금 시청했습니다. 이제 단일 위상 정류기가 작동하는 방식, 일반적인 정류회로 및 출력, 몇 가지 일반적인 정류응용 을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.

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Results

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다이오드 정류기가 한 방향으로 전류를 통과할 수 있기 때문에 반파 정류에 결합된 저항 하중은 입력 AC 전압의 양수 반사이클만 볼 수 있을 것으로 예상된다. 풀 브릿지 정류기를 사용하면 입력 양수 및 음수 하프 사이클이 양수로 정류되지만 커패시터를 추가하면 대부분의 전압 잔물결을 필터링하고 깨끗한 DC 전압을 제공합니다.

인덕터가 부하와 함께 연이어 추가되면 다이오드 해제가 지연될 것으로 예상됩니다. 이는 다음과 같이 설명할 수 있습니다: 다이오드의 전류는 2개의 조건(공존하는 데 필요한) 1하에서 해제되고, 2) 다이오드(Anode-to-cathode 전압)를 가로지르는 전압은 턴온 임계값 보다 낮습니다. 인덕터가 부하와 연재되면 에너지를 저장하며 소스를 사용할 수 없거나 다이오드양극 측에서 음수로 변할 때 현재 소스역할을 합니다. 따라서 인덕터 전류는 인덕터 에너지가 소멸될 때까지 다이오드를 전방 편향으로 유지합니다. 입력 V =V0cos(ωt)로 기본 정류회로를 제어하는 필수 방정식 :

단일 다이오드 및 저항 부하: 아웃> =V0/π (1)

다이오드 브리지 및 저항 하중: <V아웃>=2V0/π (2)

다이오드 브리지, 현재 소스 부하: 아웃>=2V0/π (3)

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Applications and Summary

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다이오드 정류기는 거의 모든 전원 공급 장치, 충전기, 가변 주파수 드라이브 및 많은 보호 회로에 있습니다. 대부분의 DC 전원 공급 장치 또는 조정 가능한 AC 전원 공급 장치는 다이오드 정류기를 사용하여 AC를 DC로 변환한 다음 AC 전원 공급 장치 및 가변 주파수 드라이브에서와 같이 필요한 경우 AC를 조정할 수 있습니다. 전력 전자 컨버터의 응용 분야는 전압 차단및 인덕터, 전기 기계 계주 및 모터 와인딩의 에너지를 프리휠링하는 데 일반적입니다. 다이오드 애플리케이션은 전력 전자 장치 응용 프로그램을 넘어 저전력 전자 장치, 통신 시스템 및 조명 애플리케이션으로 확장됩니다.

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Transcript

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