Lecture 8. Analysis of Diode circuit-2

이번에는 diode의 constant voltage model을 생각해보기 전에 다이오드가 어디에 사용될 수 있는지 우선 생각해 보자.

 

Application

블루투스 기기에 1.6V의 전압을 입력해주려면 3V의 입력된 전압을 바꾸어 주어야 한다. 이번에도 단순히 생각하면 voltage divider를 이용하면 편하겠지만 power dissipation이 발생함으로 다이오드를 이용해 보려고 한다. 여기서 말하려는 다이오드의 특징은 블루투스의 기기에 안정적으로 전력 공급이 가능하다는 점이다. 저항을 이용해 voltage divider로 전력을 공급하는 경우를 다시 생각해보자. 이때 블루투스 기기를 바꾸게 돼서 기존에 이용하던 전류값이 늘어났다고 생각해보자. 이렇게 되면 저항은 옴의 법칙에서 전압과 전류의 linear한 관계로 정의가 됨으로 전류가 두배가 되면 전압 또한 두배가 된다. 하지만 다이오드를 사용하게 되면 아래 식에서 전압과 전류 관계를 보면 log 함수로 나타나진다.

 

로그 함수 꼴로 나타나게 되면 전류의 값이 크게 바뀌어도 저항에 비하면 상대적으로 적은 비율로 전압의 변화가 일어난다. 즉 안정적으로 전력의 공급이 가능해진다.

 

Principle of Diode Circuit Analysis

Constant voltage model의 경우 지금 말하는 이야기를 생각하면서 문제를 풀면 잘 풀릴 것 같다.

 

1) 저번에도 이야기했듯이 우선 상황을 가정하고 계산을 한 다음에 결과와 가정에 문제가 없는지 검토하는 방식으로 문제를 접근한다.

 

2) 만약 다이오드가 전원이 on 혹은 off 직전의 상태라면 전류가 매우 적은 상태로 무시 가능하다.

 

3) 다이오드에서 전류는 Anode에서 Cathode로만 흘러야 한다.

 

EX)

Vx<0 이면 D1은 off로 open 상태가 된다.

이때 Vx의 값이 점점 증가하다가 Vn 에 저항이 Vb 보다 높은 상태가 되어 D1이 on 상태가 될 수 있다. 이때의 전류 값은 앞서 말했듯이 short 상태이나 거의 흐르지 않는 상태로 KVL을 이용해 구하면 Vx1=Vd,on+Vb 의 값에서 D1의 전원이 켜지게 된다.

이때 Vx>Vx1=Vd,on+Vb 인 상태가 된다는 것은 위의 회로처럼 D1이 short가 된다.

이제 KVL을 통해 Ix를 구하면 위처럼 구할 수 있다.

 

QUIZ

이번에는 위의 회로에서 Vn 의 전압을 구해보자.

Vx<Vx1=Vd,on+Vb 상태에서는 Diode가 open 상태로 아래와 같은 회로가 된다.

 

이 상태에서는 전류가 흐르지 않으므로 R1에서의 전압이 0 이다. 그러므로 Vx=Vn 이 된다.

Vx>Vx1=Vd,on+Vb 상태면 short 상태가 되고 아래와 같이 회로가 나온다

 

여기서 Vn=Vd,on+Vb 임을 알 수 있다. 이를 그래프로 그리면 아래와 같다.

EX)

 

이번에는 위의 회로에서 Ix의 그래프 그려보려 한다.

Vx<Vx1인 경우 다이오드가 open 상태가 되고 아래와 같은 회로가 된다.

 

Open 상태로 전류가 흐르지 않게 된다.

이번에는 Vx>Vx1 상태로 생각하면 다이오드가 short 상태가 된다. KVL을 이용해 식을 구하면

으로 식이 정리되고 결과를 그래프로 나타내면 아래와 같다.

그럼 이번에는 Vn 에 대한 그래프를 구해보려고 한다.

Vx<Vx1이면 open 상태로 전류가 흐르지 않으므로 R1에는 전압이 0이다.

R1에서 전압 손실이 없으므로 Vn=Vb 라는 결과를 얻을 수 있다.

Vx>Vx1이면 아래와 같이 회로가 나올 것이다.

다이오드가 on으로 short 상태가 된다. 이를 바탕으로 KVL을 세우면 아래와 같다.

Lecture 8.pdf

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V/R

 

윤