Chapter 4
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23年 4月 8日 Mobile Communication Lab. (http://mobile pknu.ac.kr)
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Chapter 4. Diode Circuits
23年 4月 8日 Mobile Communication Lab. (http://mobile pknu.ac.kr)
2
Sinwave
peak value → VP
peak to peak value → VPP = 2VP
rms value → Vrms, Ve,, Vac (Irms, Ie, Iac)
(rms → root-mean-square value)
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교류전류의 평균치 → ( 직류값 )
IaV = 2
0sin
2
1 T
m wtIT
=
mI2 = 0.636 Im
<ref> 정의 교류전류의 실효치 → Irms
Ie = l I l = Irms = Tdti
T 0
21
=
T
m wtdtIT 0
22 sin1 =
T
m dtwtT
I0
2
)2cos1(2 2
2mI=
= 0.707 Im
일반적으로 Vrms, 또 Irms : Vrms = 0.707 VP
일반적으로 Vac 는 Vrms 를 의미 : VP = 1.414 Vac
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4-1. The Half-Wave Rectifier
① Vdc = PV1
0.318 VP ② fout = fin
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Ex 4.1 )
• a) RL = 1kΩ, Vin = 10 Vac, 60HzVP = 1.414 Vpin = 1.414 (10Vac) =
14.1 VVP(out) = VPin = 14.1 VVdc = VPin = = 4.49 V
1
1.14
• b) 2nd Aproxi. Diode 0.7 V
VP(out) = VPin – 0.7 V = 14.1 V – 0.7 V = 13.4 VVdc = = 4.27 V
4.13
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4-2. The Transformer
* 다이오드 정격전류
IO = ( Idc )
=1
2
V
V
1
2
N
N
=2
1
I
I
1
2
N
N
If N1 : N2 = 1 : 1
V1 = V2 , V1P = V2Pfout = fin
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Ex 4.2 ) Vac = 120 V / 60Hz , N1 : N2 = 5 : 1Peak load voltage, dc load voltage ?
V2 = = 24 V
• 1) ideal diode
VP(out) = 34 V – 0.7 V = 33.3 V
Vdc = = 10.8 VV34
)120(5
1V ∴ V2P = (1.41) (24) = 34 V
VP(out) = 34 V
• 2) 2nd Approx.
Vdc = = = 10.6 V
)(outPV
3.33
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4-3. The Full-Wave Rectifier
Vout = V2Pin = PV22
1 ( or - 0.7 V )PV22
1
Vdc =
PinV22
Vdc 0.636 V2Pin
Fout = 2fin
* 중간 Tap 이 관건
V2Pin =
PV22
1
* Diode 정격 전류 → IO IO = )(
2
1dcI
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Ex 4.3 ) Vin = Vac = 120 V / 60 Hz, N1 : N2 = 10 : 1, RL = 1kΩPeak input voltage, output voltage ?
V1P = (120 V) (1.41) = 170 V
• 1) ideal diode
VP(out) = V2Pin – 0.7 V = 7.8 V
Vdc = = ( 0.636×8.5 V )PV2
V2P = = 17 V
VP(out) = 8.5 V
• 2) 2nd Approx.
)170(10
1V
V2Pin = = = 8.5 VPV22
1 V2
17
Vdc = = 4.97 V )8.7(2
V
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4-4. The Bridge Rectifier
(+) 주기 : D1, D2 on(-) 주기 : D3, D4 on
- V1P = V2P
- Vdc = PV22 = )(
2outPV
- fout = 2fin
- Idc =L
dc
R
V
- 최대정격전류 IO = Idc2
1
∴ Vout = V2P (or Vout = V2P – 1.4)
(Vp(out) = V2P (or V2P – 1.4))
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Ex 4.5 ) Vin = Vac = 120 V / 60 Hz, N1 : N2 = 10 : 1, RL = 1kΩPeak input voltage, output voltage ?
V1P = 1.41 × Vac = 1.41 × 120 = 170 VV2P = = 17 V)170(
10
1V
∴ VP(out) = 17 V or (17 V – 1.4 V)
Vdc = =)(
2outPV (or (17 V – 1.4
V)))17(
2V
2
Idc =
k
Vdc1
IO = dcI2
1
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4-5. The Choke-Input Filter
Hz
→ XL
→ Xc
1) Hz 에서① ac output voltage 는 zero② choke 는 0Hz 에서 short,
Capacitor 는 0Hz 에서 open 이므로DC 전류는 손실없이 그대로 부하 RL 로 흐른다 .
모든 DC 성분은 RL 로 전달
Almost dc current
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2) ① Xc « RL ② XL » Xc
• AC output voltage
Vout = VinL
c
X
X
• 대부분 AC voltage 는 choke에서
drop 차단
(Reactive voltage devider)
Xc « RL 로 하면 Xc 는 거의 short 이므로 RL 이 없는 것과 같다 .
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Ex ) XL = 10kΩ, Xc = 100, Vin = 15 V
→ ac output voltage Vout =
1510
100k
= 0.15
Filtered output → PV2
: dc 출력전압 → 정류전압의 평균치로 filter
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4-6. The Capacitor-Input Filter
RLC = T.C= 63.8%
1e
36.2%
충전
방전
RLC » T
( 방전시간 ) (vin 의 주기 )
① Charge 계속하여 VP > Vin 되면 diode off, 방전 시작② 방전은 T.C 인 RLC 의 시간으로 서서히 한다 .
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T = T1 ~ T2
RLC 가 리플 주기보다 훨씬 크면 T1 – T2 는 거의 T.
T1 T2
T
VR
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The Ripple voltage, frequency
C = V
QV = C
Q
콘덴서가 t = T1 에서 방전시작
V1 = C
Q1
콘덴서가 t = T2 에서 방전끝
V2 = C
Q2
V1 – V2 =C
QQ 21
21
21
TT
VV
=)( 21
21
TTC
T (T1 ~ T2)T
VR =C
I
∴ VR = fC
I
* VR = peak – to – peak ripple voltage* rms 치로는 VPP =
rmsV22
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Ex 4.6 ) Vac = 120 V / 60 Hz, N1 : N2 = 5 : 1
dc load voltage, ripple ?
Vin = V2P =
VL = Vdc = 34 V (with ripple)
)414.1()120(5
1V = 34
V(diode)
IL =
k5
34 = 6.8 mA = Idc
PPR VFHz
mAV 13.1
)100)(60(
8.6
( 실제로는 0.7 V diode drop)
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Ex 4.7 ) Full-wave rectifier ( 중간 Tap)
Vin = V2P
VR =
= 17 V(diode
)
IL =
k
V
5
17 = 3.4 mA
2
1
PPVFHz
mA 283.0
)100)(120(
4.3
실제로 diode → 0.7 V drop
(16.3 V 에서 계산 )
Ex 4.8 ) Bridge rectifier
V2P = 34 VVL = 34 VIL =
k
V
5
34 = 6.8 mA
VR =
PPVFHz
mA 566.0
)100)(120(
8.6
실제로는 VL = 34 – 1.4 = 32.6 V
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4-7. Peak Inverse Voltage and Surge Current (P I V)
Half-wave rectifier
V2P – PIV + V2P = 0, PIV = 2V2P
- PIV +
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full-wave rectifier
V2P – PIV = 0
bridge rectifier
PIV = V2P
- PIV +
on
Short
+
+-
-
+
-
-
+
--
--
++
++
+
-
GND
on
on
GND
-2PIV + 2V2p= 0PIV = V2PV2P
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Surge resistor, Surge current
-
+
* C 는 t-0 에는 충전되어 있지 않으므로 단락되어 있는 것과 같다 .
또한 RTH = 권선저항 + 벌크저항
TH
peaksurge R
VI 2
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Ex 4.7 ) (Fig. 4.19) 120 V / 60 Hz, N1 : N2 = 10 : 1
V2peak =
10
120= (12 Vac)·1.414 = 16.8 V
Isurge = 5.18.16 V
= 11 A ( 충전 전류 )
① 충전시간
입력신호 주기 T = f
1=
Hz60
1= 16.7 msec
② 또는 Surge resistor
RTH = 1Ωc = 1000 uF
1 msec (c 가 너무 크면 안좋다 )
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4-8. Other p.s. topics
Commercial- Transformer : F-25X
- Fuse current
V1 = 115 V, V2 = 12.6 Vload current = 1.5 A
13.96.12
115
2
1 N
N
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Pout = VI = (1.2 A) (15 V) = 18 W
Pin = 18 W
No power loss Pin =
V1I1
∴ I1 = V
W
115
18= 0.156 A
* 실제 1 차측 전류는 0.156A 보다 5~20% 클 수 있다 . ∴ 0.25 A* Slow-Blow Fuse 가 요구된다 .0.25A Slow-Blow Fuse 2A for 0.1
second1.5A for 1 second1A for 2 second
* Diode current① Idiode = Idc (Half-wave)
② Idiode = 0.5 Idc (full-wave)
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RC Filter
R » Xc (10 배 크도록 ) ripple 이 로 감소 10
1
단점 : R 양단에서 전압강하가 일어 난다 .
Xc « XL
큰 부하전류를 요할때 .
①
②
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4-10. Clippers and Limiters
- Small Signal diode
① The positive clipper
or
* 1N914 : IF = 10mA for 1V
∴ RB = mA
V
10
7.01 = 30 Ω
* Stiff Clipper : 100 RB < RS < 0.01 RL
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② The Negative clipper
or
③ The Limiter or Diode clamp
* 보통 때는 두 Diode 가 off 상태 , 입력이 비정상적으로 클 때
diode 는 동작하여 ±0.7 V 이하로 막아준다 .protect sensitive circuits
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④ Biased Clippers
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⑤ Combination Clipper (slicer)
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4-11. Clampers
① Positive clamper
①
② -+ -
+off
∴ Vout = VP + VP
② Negative clamper
RLC>100T
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③ Peak-to-peak Detector
①
②
충전충전
+
-
2VP방전
RLC > T
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4-12. Voltage Multipliers
① Doubler
② Tripler
-
+2V2P
on
-
++
-
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③ Quadrupler
④ Full-wave Voltage doubler
+
-+
-V2P
ripple freq. (120Hz)
filtering 하기 쉽다