전원 전압을 일정하게 유지하기 위해서 사용되는 소자는?
- 트라이액
- SCR
- 제너다이오드
- 터널다이오드
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 전원 전압을 일정하게 유지하기 위해 사용하는 소자를 묻고 있다. 제너 다이오드는 역방향 항복 구간에서 전압이 거의 일정하게 유지되는 특성을 이용해 전압 안정화(레귤레이션)에 사용된다.
제너다이오드는 역방향 항복 전압에서 전압이 거의 일정하게 유지되는 특성을 이용해 전압 안정화에 사용된다.
개념 한 쪽
승강기기사 수은 정류기 — 정류와 소자특성
정류기는 교류를 직류로 변환하는 장치이고, 정류 후에는 리플과 맥동이 남아 이를 평활하고 안정화하는 방법이 필요하다. 정류 회로 설계에서는 다이오드의 최대 역전압(PIV), 맥동률, 평활회로의 특성, 그리고 제어용 반도체 소자의 동작 조건을 정확히 이해해야 한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「수은 정류기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전압 안정화 소자 선택 | 1 | 전원전압을 일정하게 유지하는 소자 구분 |
| SCR 전원 공급 조건 | 1 | SCR을 정방향 도통시키기 위한 전압 인가 방식 |
| PIV 계산 | 1 | 단상반파에서 주어진 Vdc로부터 다이오드의 PIV 산출 |
뜻
정류기는 교류를 직류로 변환하는 장치로, 정류만으로는 리플 성분이 남아 있으므로 평활회로를 통해 리플을 감쇄하여 매끄러운 직류를 얻는다. 평활회로는 리플의 고주파 성분을 걸러내고 저주파 직류 성분을 통과시키는 저역필터의 역할을 수행한다.
반도체 소자별 특성을 구분하는 것이 중요하다. SCR(실리콘 제어 정류기)은 PNPN의 4층 구조를 가지며 단방향 도통 소자이므로 단방향성이라는 키워드로 분류한다. SCR은 애노드에 양전압, 캐소드에 음전압을 걸고 게이트에 양전압을 인가할 때 정방향 도통 상태가 된다.
전압 안정화에는 역방향 항복 특성을 이용하는 제너다이드를 사용한다. 제너다이드는 역방향에서 특정 전압을 유지하여 전원전압을 일정하게 고정하는 용도로 쓰인다.
정류 방식에 따라 맥동률이 달라진다. 맥동률은 주파수가 낮을수록 커지므로 단상 반파 정류가 가장 큰 맥동률을 가지며, 이는 평활과 필터 설계 시 중요한 고려사항이 된다.
예제
단상 반파 정류로 직류평균전압 Vdc = 100V를 얻고자 할 때 다이오드의 PIV를 계산하는 절차는 다음과 같다. 단상 반파의 직류 평균 전압 Vdc는 입력의 최대전압 Vm에 대해 Vdc = Vm/π이므로 Vm = Vdc × π = 100 × π ≈ 314V가 된다. 따라서 다이오드는 약 314V 이상의 PIV를 견딜 수 있어야 한다.
평활회로의 응용 예에서는 정류 후 남은 리플 성분을 제거하기 위해 저역필터를 사용한다는 점을 기억한다. 리플은 고주파 성분이므로 저역필터로 감쇄시켜 직류 성분을 유지한다.
대표 기출 3문항
SCR(Silicon Controlled Rectifier)의 전원 공급 방법으로 올바른 것은?
- 애도드:㊉전압, 캐소드:㊀전압, 게이트:㊀전압
- 애도드:㊀전압, 캐소드:㊉전압, 게이트:㊉전압
- 애도드:㊉전압, 캐소드:㊀전압, 게이트:㊉전압
- 애도드:㊀전압, 캐소드:㊉전압, 게이트:㊀전압
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문항은 SCR의 전원 공급(바이어스) 조건을 묻고 있다. SCR이 정방향 도통하려면 애노드는 캐소드보다 높은 전위를 가져야 하고 게이트에도 양의 펄스가 인가되어야 한다.
SCR은 애노드 양전압, 캐소드 음전압, 게이트 양전압 인가 시 정방향 도통 상태가 된다.
단상반파정류로 직류전압 100V를 얻으려고 한다. 최대 역전압(Peak Inverse Voltage:PIV)이 약 몇 [V] 이상인 다이오드를 사용하여야 하는가?
- 100V
- 141V
- 222V
- 314V
정답과 해설 보기
정답 ④ · 단상반파정류회로에서 직류 평균전압 100V를 얻기 위해서는 교류 입력 전압의 실효치(RMS)가 약 222V(100 * π / √2)여야 합니다. 이때 다이오드에 걸리는 역전압(PIV)은 교류 입력 전압의 최대치(Peak)와 같아야 하므로, 입력 최대전압은 222V * 1.414(√2) = 약 314V입니다.
단상반파정류의 PIV는 입력 교류의 최대전압(Vm)과 같으므로, 직류전압(Vdc)을 역산하여 Vm을 구해야 한다.
자주 묻는 물음
- SCR을 도통시키려면 어떻게 전원을 공급해야 하는가?
- SCR은 애노드에 캐소드보다 높은 양전압을 걸고 게이트에 애노드보다 높은 양전압을 인가하면 정방향 도통 상태가 된다.
- 전원전압을 일정하게 유지하려면 어떤 다이오드를 사용하는가?
- 역방향 항복 전압에서 전압을 거의 일정하게 유지하는 제너다이드를 전압 안정화 용도로 사용한다.
- 단상 반파 정류의 PIV는 어떻게 구하는가?
- 단상 반파 정류에서 PIV는 입력 교류의 최대전압 Vm과 같으므로 Vdc가 주어지면 Vm = Vdc × π 공식을 사용하여 PIV를 산출한다.
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