chapter 4

23年 4月 8日 Mobile Communication Lab. (http://mobile pknu.ac.kr)

1

Chapter 4. Diode Circuits


2

Sinwave

peak value → VP

peak to peak value → VPP = 2VP

rms value → Vrms, Ve,, Vac (Irms, Ie, Iac)

(rms → root-mean-square value)


3

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


4

4-1. The Half-Wave Rectifier

① Vdc = PV1

0.318 VP ② fout = fin


5

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


6

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


7

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


8

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


9

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


10

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))


11

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


12

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


13

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 .


14

Ex ) XL = 10kΩ, Xc = 100, Vin = 15 V

→ ac output voltage Vout =

1510

100k

= 0.15

Filtered output → PV2

: dc 출력전압 → 정류전압의 평균치로 filter


15

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 .


16

T = T1 ~ T2

RLC 가 리플 주기보다 훨씬 크면 T1 – T2 는 거의 T.

T1 T2

T

VR


17

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

QQ

T (T1 ~ T2)T

VR =C

I

∴ VR = fC

I

* VR = peak – to – peak ripple voltage* rms 치로는 VPP =

rmsV22


18

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)


19

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


20

4-7. Peak Inverse Voltage and Surge Current (P I V)

Half-wave rectifier

V2P – PIV + V2P = 0, PIV = 2V2P

- PIV +


21

full-wave rectifier

V2P – PIV = 0

bridge rectifier

PIV = V2P

- PIV +

on

Short

+

+-

-

+

-

-

+

--

--

++

++

+

-

GND

on

on

GND

-2PIV + 2V2p= 0PIV = V2PV2P


22

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


23

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 )


24

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


25

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)


26

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


27

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


28

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


29

④ Biased Clippers


30

⑤ Combination Clipper (slicer)


31

4-11. Clampers

① Positive clamper

①

② -+ -

+off

∴ Vout = VP + VP

② Negative clamper

RLC>100T


32

③ Peak-to-peak Detector

①

②

충전충전

+

-

2VP방전

RLC > T


33

4-12. Voltage Multipliers

① Doubler

② Tripler

-

+2V2P

on

-

++

-


34

③ Quadrupler

④ Full-wave Voltage doubler

+

-+

-V2P

ripple freq. (120Hz)

filtering 하기 쉽다

chapter 4

Documents

t t v b

rl mobile communication

v halfwave rectifier

t irmst

v2p vdc

v2 pin t vdc

2v2 p t

tt1 t2 t