정류기

교육과정: Sek II, electronics courses

목표¶

브리지 전파 정류기와, 커패시터로 리플을 줄이는 평활 작용을 조사합니다.

실험 장치¶

전압원: 정현파, 진폭 10 V, 50 Hz. 다이오드 네 개로 된 브리지, 1 kΩ 부하. 100 µF 평활 커패시터는 스위치를 거쳐 부하에 연결되며, 스위치는 열려 있습니다. 부하에 연결된 오실로스코프: CH1, 5 V/div, 5 ms/div.

실험 방법¶

부하 양단의 파형을 보고 리플의 주기를 구하세요.
커패시터의 스위치를 닫으세요. 리플을 보려면 오실로스코프 메뉴에서 CH1을 AC 입력으로 바꾸고, 노브로 0.2 V/div와 트리거 레벨 0을 설정한 다음 리플의 피크-피크 값을 어림하세요.
커패시터의 매개변수 카드에서 1000 µF으로 설정하고 CH1을 20 mV/div로 바꾸세요.
스위치를 열고 맨 왼쪽 다이오드를 제거하세요 — 반파 정류기가 됩니다.

예상 결과

부하 양단에는 0 아래로 내려가지 않는 양의 반파가 나타납니다. 최댓값은 약 8.9 V입니다. 전류가 흐르는 두 다이오드에서 약 1.1 V를 잃습니다(실제 실리콘 정류 다이오드는 약 1.3 V를 잃으므로 최댓값이 약 8.7 V로 더 낮습니다). 리플 주파수는 100 Hz로 2칸입니다. 100 µF 커패시터가 있으면 전압은 약 8.5 V로 거의 일정하고, 리플은 약 0.67 V로 AC 입력에서 3.4칸이며, 1000 µF에서는 약 0.07 V입니다. 다이오드 하나를 제거하면 한 주기에 반파가 하나만 남아 50 Hz가 됩니다.

질문¶

전파 정류기의 리플 주파수는 왜 상용 전원 주파수의 두 배입니까?
리플의 피크-피크 값은 부하 전류에 따라 어떻게 달라집니까?

답

브리지가 음의 반파를 뒤집으므로 부하에는 매 주기의 두 반파가 같은 방향으로 들어옵니다. 전압원의 한 주기(50 Hz에서 20 ms)에 똑같은 봉우리가 두 개 생기고, 리플은 10 ms마다, 즉 100 Hz로 되풀이됩니다.
리플은 부하 전류에 대략 비례합니다. 최댓값과 최댓값 사이에서는 커패시터 혼자 부하에 전류를 공급하며 \(I \cdot \Delta t\)만큼의 전하를 잃으므로, 그 전압은 \(\Delta U \approx I \cdot \Delta t / C\)만큼 떨어집니다. 여기서 \(\Delta t\)는 최댓값 사이의 간격인 10 ms를 넘지 않습니다. 8.5 V / 1 kΩ = 8.5 mA와 100 µF이면 많아야 8.5 mA · 10 ms / 100 µF = 0.85 V가 됩니다. 실험 장치에서 0.67 V가 나오는 것은 커패시터가 다음 최댓값 전에 다시 충전되기 시작하기 때문입니다.