Lecture 9. Other Examples, Half Wave Rectifier

오늘도 추가로 예시를 더 풀어보고 그 후에 다이오드를 어디에 응용하는지 생각해보자. 

 

EX)

 

만약에 Vx가 음수라면 D1이 Open 상태로 아래와 같은 형태로 회로가 나오게 된다.

Ix=0 이 된다. 이번에는 Vx=Vx1이 되어 D1이 켜지게 되면 전류가 미세하게 흐르지만 이는 매우 작은 값으로 무시 가능하다. 그러므로 R1에는 전류가 흐르지 않는 상태이므로  Vx=Vn+Vd,on이되면 D1이 켜지는 조건을 만족시킨다.

 

D1이 short 지만 전류가 거의 흐르지 않으므로 위와 같이 회로를 생각해 볼 수 있다. 여기서 Vn을 구하려면 voltage divider를 사용하면 위와 같이 구할 수 있다.

 

그럼 이제 D1이 완전히 켜진 상태에서는 회로가 아래와 같이 나온다.

 

Short 한 상태에서 전류를 구하려면 KVL과 KCL을 이용하려고 한다.

이 결과를 그래프로 그리면 아래와 같다.

I-V 그래프

QUIZ)

 

Vn vs Vx 그래프를 그려보자.

 

Vx<Vx1인 경우 아래와 같이 나온다.

 

이 상태에서는 Ix=0이므로 아래와 같이 회로를 생각해도 된다.

이 상태에서는 voltage divider로 Vn 을 구할 수 있다.

Vx>Vx1인 경우 short 상태가 됨으로 Vn은 KCL과 KVL을 이용하여 식을 구할 수 있고 이는 앞서 예시에서 구한 값과 같다. 그 결과 아래와 같이 그래프를 얻을 수 있다.

Vn vs Vx

Practical Diode Circuit

 

1. Rectifier – Chargers/Adaptors

 

2. Limiters – FM receiver, Optical communications

 

3. Voltage Doublers – RF Receivers, Flash Memories

 

4. Level Shift – General Circuits

 

위와 같이 다이오드를 통해 이렇게 많은 분야에 사용할 수 있다.

그럼 이제 위에 다이오드의 응용에 대해 알아보기 위해 필요한 개념을 한번 보고 가자.

 

Basic Concepts

 

1. I-V 그래프, Input-Output 그래프 그리고 시간에 대한 그래프를 생각해 봐야 된다.

 

2. Tracking 이라는 개념을 생각해보자.

 

앞서 예시에서 Vn=Vx-Vd.on이라는 관계를 갖고 있는데 이는 Vx가 증가함에 따라 Vn 이 Vx를 tracking 하는 꼴로 그래프가 그려진다. 이러한 것을 tracking이라 한다.

 

3. Capacitor에 대해 생각해보자.

 

Capacitor는 Q=CV로 전류의 방향에 따라 시간에 대한 그래프가 아래와 같이 나타난다.

전류가 +로 들어가면 전압의 값이 증가하고 +에서 나가는 방향으로 전류가 흐르면 전압이 점점 감소한다. 즉 전류 값이 양수 일 때는 캡이 충전되고 음수일 때는 방전이 되는 현상이 발생한다. 이를 잘 생각해보면 다이오드에 양의 전류가 공급되면 전류가 흐르게 되고 음의 전류 즉 반대로 전류가 흐르면 전류가 흐르지 않는다. 그럼 이때 캡은 양의 전류일 때 전압이 충전되고 이를 다이오드에서 전류가 흐르지 않을 때 전압을 방전하여 일정한 전압을 유지하는 형태로 이용될 것이다. 이는 나중에 배우니 그때 자세히 다루도록 하자.

 

Half Wave Rectifier

 

우선 전류에 대한 그래프를 Vin에 대해 그려보자.

 

Vin이 음수인 경우 다이오드가 open 상태로 하고 이렇게 되면 전류가 0이 된다. 그럼 R1에 전류가 흐르지 않는다. 여기서 Vin이 다이오드가 on 상태로 만들려면 Vd,on이 되면 된다.

 

Vin>Vd,on 인 경우 다이오드가 short 상태가 됨으로 아래와 같이 KVL을 이용해 아래와 같이 쓸 수 있다.

이번에는 input-output voltage에 대한 그래프를 그려보자.

 

다이오드가 open 상태인 경우 R1에 전류가 흐르지 않으므로 Vout이 0이다. 그럼 다이오드가 short인 경우에는 Vx에서 Vd,on을 빼주면 된다. 그 결과 아래와 같이 그래프 형태가 나오게 된다.

이제 마지막으로 Time response에 대해 구해보자.

Time Response

이런 꼴로 나오게 된다. 처음에는 Vd,on보다 전압이 낮기 때문에 D1이 off가 된다. 그러다가 Vin이 Vd,on이 되면 전압의 D1이 on이 된다. 그렇게 되면 Vout이 나오는데 이 Vout=Vin-Vd,on의 값으로 나오게 된다. 그리고 나서 전압의 값이 다시 Vd,on이 되고 그 이하가 되면 전원이 꺼진다. 그리고 전압이 음의 값이 되면 다이오드에 의해 전류가 차단당하고 그 결과 Vout=0이 나온다. 이와 같은 과정을 반복되면 Half Wave Rectifier가 된다.

Lecture 9.pdf

0.76MB

 

V/R

 

윤