정류기

Rectifier, AC를 DC로 변환해주는 장치.

개요

회로에서는 DC 전원을 요구하지만 가정에 공급되는 전원은 220V_(rms) 60Hz의 정현파이다. 이걸 그대로 전자회로에 쓸 수는 없으므로 dc로 변환해서 사용해야한다 .

정류기는 전류를 한쪽 방향으로 흐르게 하는 기능만 있으므로, 변압은 따로 변압기로 해야한다.

선형 레귤레이터

linear regulator, 회로가 간단하지만, 에너지 손실이 크다. (발열이 많은편)

반파 정류기

half-wave rectifier

반파 정류 회로

다이오드 하나만 있는 구조, 가장 간단하지만 다이오드의 특성상, 다이오드에 정방향의 전압이 걸릴때만 전류가 흐르고, 역방향일때는 차단이므로, 파형의 반만 통과하고 나머지는 잘린다. 그래서 이름도 반파 (half-wave) 정류기다.

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  반파정류기의 전압 전달 특성. 약 0.6V 이상의 전압에서만 전류가 흐른다.

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  반파정류기의 시간에 따른 특성. 역방향 전압은 차단되고, 정방향 전압은 통과되나, 약간의 전압 강하가 발생한다.

전파 정류기

full-wave rectifier

다이오드를 2개 사용한 구조. 반파 정류기의 파형의 절반이 잘리는 단점을 보완한 회로. 역방향의 전압이 걸려도 다른 다이오드는 정방향의 전압이므로 전류가 흐른다.

전파 정류기 회로

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  전파 정류기 회로의 전압전달 특성

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  전파 정류기 회로의 출력 파형. 약간의 전압강하가 발생한다.

브릿지 정류기

bridge rectifier

다이오드 4개가 있는 구조. 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 형태라고 브릿지 정류기라고 불린다. 윗쪽의 전파 정류기에서 사용된 센터탭 변압기가 필요없다는 장점이 있지만 다이오드 2개를 거치게 되므로 전압강하가 1.2V정도 발생하는 단점이 있다.

브릿지 정류 회로

1. 윗쪽 + 방향으로 전압이 걸리면 전류는 다이오드 4번과 저항, 다이오드 2번을 거쳐서 전원 공급기로 돌아온다.
2. 반대방향으로 전압이 걸리면 전류는 다이오드 3번과 저항, 다이오드 1번을 거쳐서 전원 공급기로 돌아온다.

위 둘중 어떤 과정에서도 전류는 다이오드 2개를 통과하는지라 전압강하가 2번 발생한다.

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  전압 전달 특성.

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  출력 파형 곡선. 전류가 다이오드 2개를 거치는 동안 1.2V 의 전압강하가 발생했다.

필터 커패시터가 추가된 정류기

위 회로들로는 제대로된 직류가 나오지 않는다. 물론 이 회로를 써도 깨끗한 직류가 나오는 것은 아니지만. 위 회로들 보다는 좋은 품질의 dc가 나온다.

필터 커패시터가 추가된 정류 회로

출력 파형, 다이오드로 인한 전압 강하가 발생한다.

다만, 오른쪽의 출력 파형을 얻으려면 저항x커패시턴스(정전용량)가 입력파형의 주기보다 충분히 커야 한다. 이를 수식으로 표현하면

[math]\displaystyle{ T \lt \lt RC }[/math]

만약 그렇지 않으면 윗 문단의 "반파 정류기" 같은 출력 파형이 나오게 된다. RC값이 매우 크면 거의 직선에 가까운 출력 파형이 나온다.

그리고, 오른쪽 출력 파형(갈색)에서 출력 고점과 저점간 전위차를 리플 전압(ripple voltage)이라고 한다. [math]\displaystyle{ V_{리플} = \frac {V_{입력}}{fCR} }[/math] (f는 입력신호의 주파수) 로 근사할 수 있다. RC값이 충분히 크다면 V_리플은 0에 수렴하므로, 거의 직선에 가까운 출력 파형이 나올수 있다.

스위칭 레귤레이터

Switching regulator, 회로가 복잡하지만, 에너지 손실이 적은편이다. (변환효율이 높은편.) 대신 스위칭 동작으로 인한 고주파 잡음이 생긴다.

파워 서플라이 에 사용된다. 여기에서 발생되는 고주파를 제어하는 기술력이 부족한 싸구려 파워 서플라이는 고주파 잡음이 심하다.