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PART7반도체 기본회로

실험 3 :필터(평활) 회로

이론

정류기의 출력전압은 시간에 따라 변화하는 것을 이전 실험에서 알아보았다. 대부분의 정류회로에서 평균 DC 전압에 비해 매우 작은 값의 AC 성분 또는 정류 출력의 리플의 크기를 줄이는 것이 필요하다. 이러한 작업을 수행하는 장치 또는 회로를 필터라고 한다.
일반적으로 사용되는 필터 회로는 세 종류로 나눌 수 있다. 인덕터 입력형(LC), 커패시터 입력형(LC π), 저항-커패시터형(RC π) 등이 있다.

그림 7-10은 인덕터 입력형 필터의 회로를 나타낸다.

fig7-11

그림 7-11인덕터 입력형 필터

인덕터 L은 부하와 직렬로 연결된다. 인덕터는 인덕터를 통해 전류의 변화에 대해 역기전력이 발생하여 교류의 흐름을 차단하고, 부하를 통해 일정한 전류를 유지하려는 경향이 있다. 이것은 결과적으로 부하에 더 일정한 전압이 된다. 출력 전압이 더 일정하도록 캐패시터 C는 리플 주파수에 대해 매우 작은 임피던스를 나타낸다.
인덕터 입력형 필터의 리플 전압의 백분율은 다음과 같이 표현 된다.

$V _{r} %= {144` TIMES 10 ^{4}} over {f ^{2} LC}$

f = 리플 주파수[Hz]
L = 인덕턴스 [H]
c = 커패시턴스 [uF]

전파 정류출력에서 리플 주파수는 전원주파수의 2배이므로 식은 다음과 같이 간략화된다.

$V _{r} %= {100} over {LC}$

그림 7-12은 커패시터 입력형 필터의 회로를 나타낸다.

fig7-12

그림 7-12커패시터 입력형 필터

커패시터 C는 부하와 병렬로 연결되고, 입력전압의 최대값으로 충전된다. 만일 부하가 무한하지 않다면, 커패시터는 충전된 전압을 부하를 통해 방전하기 시작한다. 방전의 시정수는 리플의 주기보다 더 크기 때문에 출력전압은 부하에 더 일정하다.
리플전압의 백분율은 다음 식과 같다.

$V _{r} %= {10 ^{8} sqrt {2}} over {2 pi f _{r} R _{L} C} = {2245 TIMES 10 ^{4}} over {f _{r} R _{L} C}$

이 필터의 효율을 개선하기 위한 그림 7-13는 좋은 회로이다.

fig7-13

그림 7-13LC π형 필터

이 회로의 리플전압 백분율은 다음 식과 같다.

$V _{r} pi %= {V _{r} %} over {10 ^{-6} TIMES (2 pi f _{r} ) ^{2} TIMES LC 1{}}-1$

그림 7-13에서 인덕터는 그림 7-14에서와 같이 저항 R로 대치될 수 있다.

fig7-14

그림 7-14RC π형 필터

RC π 필터의 출력전압은 저항의 전압강하에 의해 LC 필터의 출력전압보다 작다.
이 회로의 리플전압 백분율은 다음 식과 같다.

$V _{r} pi %= {V _{r} % TIMES 10 ^{6}} over {2 pi f _{r} RC1}$

실험 과정

fig7-15

그림 7-15LC 평활회로 실험

1. M07 보드의 block b를 이용하여 그림 7-15와 같이 결선한다.

2. 교류 전원공급기를 이용하여 양 전원으로 AC 7V를 입력한다.

3. 오실로스코프를 사용하여 AC 입력 파형을 표 7-5에 작도하고, R4 양단의 출력을 표 7-5 해당란에 작도한다. 이때 리플 전압을 측정하고, 리플 전압 백분율을 계산하여 기록한다.

tab1

실험 7-3.1 LC 평활회로 실험

1.결선방법(M07의 block b)

1.회로 결선

block b의 D4 우측 단자와 D2 우측과 연결된 단자 간을 황색선으로 연결한다.

block b의 L 좌측 단자와 그 좌측 단자 간을 황색선으로 연결한다.

block b의 R4 위 단자와 그 위 단자 간을 황색선으로 연결한다.

block b의 C2 위 단자와 그 위 단자 간을 황색선으로 연결한다.

2.전원 결선

M07 보드의 Variable Power의 V1 단자와 block b의 D2 좌측 단자 간을 적색선으로 연결하고, V2 단자와 block b의 D5 좌측 단자 간을 적색선으로 연결한다.

COM 단자와 접지 간을 흑색선으로 연결한다.

3.계측기 결선

전면 패널의 Signal Input CH A의 A+ 단자와 block b의 D2 좌측 단자 간을 적색선으로 연결하고, A- 단자와 COM 단자간을 흑색선으로 연결한다.

전면 패널의 Signal Input CH B의 B+ 단자와 block b의 R4 위 단자 간을 적색선으로 연결하고, B- 단자와 접지 간을 흑색선으로 연결한다.

2.결선도

flash

3.측정방법

1Touch LCD패널에서 variable power을 선택한 다음, Advanced 3 Phase AC Power 탭을 클릭한다.
AC Voltage[%] V1 표시창 오른쪽의 button_arrow를 클릭하여 50%(7V) 가 되도록 한다.

AC Voltage[%] V2 표시창 오른쪽의 button_arrow를 클릭하여 50%(7V) 가 되도록 한다.

Phase Shift V2[DEG]의 위상을 180으로 설정한다.

on을 클릭하여 Advanced3 Phase AC Power의 V1, V2 전압을 출력한다.
2입 출력파형을 측정한다.
전면 패널 analog input을 선택한다.

출력파형의 경우 커플링을 AC로 하고 Volt/Div를 0.2V로 하고 측정한다.

Oscilloscope 화면에서 나타난 파형을 표 7-5 해당란에 그린다.
3측정이 끝나면 Advanced 3 Phase AC Power의 on red을 클릭하여 출력을 차단한다.