[설계보고서] 05.전기기기 전원부의 정전압 및 정전류 회로 설계 (결과레포트) : 정전압 및 정전류 회로의 동작원리와 특성을 이해한다. 가변안정화 회로와 op-amp를 이용한 정전류 회로를 설계하고 특성 분석

소개글

[설계보고서] 05.전기기기 전원부의 정전압 및 정전류 회로 설계 (결과레포트) : 정전압 및 정전류 회로의 동작원리와 특성을 이해한다. 가변안정화 회로와 op-amp를 이용한 정전류 회로를 설계하고 특성 분석에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 전압 가산형 D/A 변환기
2. 가변 안정화 회로
3. 정전류원 설계

본문내용

15V로 조정한 후 위와 같은 실험을 반복하였습니다.

VO
VCE1
VB1
VBE1
VBE2
VS
VO
VCE1
VB1
VBE1
VBE2
VS
6.06V
9.10V
6.79V
0.660V
0.650V
5.39V
R1 과 R2 에 의해서 분압된 전압 VS 는
위 식에서 안정화된 출력 Vo 는
위 식으로 앞서 예비레포트에서 했던 Vo 와 VCE1 의 이론값과 측정값이 일치하는 것을 확인하였습니다.
12V와 15V으로 각각 회로를 설계하여 측정값을 비교해 보니 VCE1값에서만 큰 차이가 있었고, 다른 값들에는 비교적 미미한 차이가 있음을 알 수 있었습니다. VCE1 경우 12V ☞ 15V 로 인가해준 만큼의 값이 차이가 났고, 이외에 값들에서는 특별히 값이 차이가 나는 것이 없음을 확인했습니다. 전압에 의한 가변이 있었지만 그럼에도 불구하고 ZD , Tr 이용한 정전압 설계와 같이 Vo 는 일정한 정전압을 유지함을 볼 수 있었습니다.
항상 정전압 다이오드에 전류가 흐르도록 하면 부하에 가해지는 전압, 즉 출력전압은 일정하게 됩니다.
따라서 가변 안정화 회로는 입력이나 부하의 변동에 관계없이 자동적으로 출력 전압을 일정하게 유지할 목적으로 사용하는 회로라는 것을 실험을 통해 이해할 수 있었습니다.
실험3. 정전류원 설계
- 위 두 실험은 정전압에 관한 실험이었고, 이번실험은 Op-amp를 이용한 정전류원 실험이 되겠습니다.
입력 전압이나 부하의 변동에 대해 출력 전류를 항상 일정하게 유지하는 회로입니다.
UA741
VREF를 설계하고 부하저항 RL을 바꿔가며 정전류원을 확인하는 실험입니다. 먼저 이 실험의 주의할 점은 Op-amp에 +15V , -15V를 인가하게 되는데 회로를 잘못연결하면 (+)극과 (-)극이 직접 연결되면서 누전되어 사고가 일어날 수 있음에 유의해야 합니다. 접지와 +15V, -15V를 헷갈리지 않게 각각 잘 연결하여 실험에 임하였습니다.
RL을 각각 2kΩ, 4.7kΩ, 10kΩ으로 설계하여 일정한 전류를 얻는 정전류원 회로가 되는지 확인해 보았습니다.
RL = 2kΩ
기준전압 [VREF]
-1.15 [V]
출력 전압 [VO]
0.520 [V]
전류 [IL]
0.24 [mA]
부하저항 [RL]
2 [kΩ]
실험3의 첫 회로로 부하 저항을 2kΩ 설정 후 부하저항에 흐르는 전류와 출력전압을 측정해 보았습니다.
오실로스코프의 CH1은 출력전압 V0, CH2는 기준전압 VREF의 출력값 입니다.
RL = 4.7kΩ
기준전압 [VREF]
-1.15 [V]
출력 전압 [VO]
1.18 [V]
전류 [IL]
0.24 [mA]
부하저항 [RL]
4.7 [kΩ]
부하저항 RL을 4.7kΩ으로 변경하여 실험을 진행하였습니다.
RL 이 2kΩ에서 4.7kΩ로 바뀌었기 때문에 출력전압은 크게 나온 반면 부하저항에 흐르는 전류는 변화가 없이 첫 번째 회로와 동일한 것을 확인할 수 있습니다.
RL = 10kΩ
기준전압 [VREF]
-1.15 [V]
출력 전압 [VO]
2.51 [V]
전류 [IL]
0.24 [mA]
부하저항 [RL]
10 [kΩ]
다시 부하저항을 10kΩ로 증가시킨 후 같은 실험을 진행 한 결과 역시 출력전압은 증가한 반면 부하저항의 전류는 동일한 것을 확인할 수 있습니다.
이번 3번째 실험에서는 VREF를 1.15V으로, R1, R2, R3을 각각 4.7kΩ, 1kΩ, 10kΩ으로 유지하고 부하저항만 RL을 변화시키면서 그에 따른 일정한 전류가 나오는 정전류원에 대해 알아보았습니다. 표에서 볼 수 있듯 바뀌는 RL 값에 의해 Vo의 값도 변하지만 IL 의 값은 항상 0.24mA로 일정하다는 것을 볼 수 있습니다. 실험결과 부하저항에 흐르는 전류IL은 부하저항의 영향을 받지 않고 기준전압 VREF와 R1,2,3의 영향을 받는다는 사실을 알 수 있습니다.
따라서 RL에 흐르는 전류는 다음과 같습니다.
이상적인 Op-amp는 그 내부저항이 무한대기 때문에 2번 단자로 들어가는 전류는 항상 0이게 됩니다. 때문에 VREF와 R1,2,3가 일정하다면 부하저항 RL이 아무리 바뀌어도 그에 따른 Vo만 변할 뿐 일정한 부하전류 IL 가 흐르게 됩니다. 따라서 출력전압이나 부하의 어떠한 변화에 관계없이 항상 일정한 전류만을 출력시키는 것이 정전원의 특성임을 실험을 통해 알 수 있었습니다.
<토론주제> 정전압 및 정전류 회로를 사용해 전원부를 구성하고 있는 전기기기의 예를 들고, 특징을 설명하시오.
전원의 종류를 크게 나누자면 정전압 전원과 정전류 전원이 있습니다.
1)정전압 전원은 전압은 일정하고 전류는 무한 한 것 이며.
2)정전류 전원은 전류는 일정하고 전압은 무한 한 것을 말합니다.
일반적으로 말하는 전원을 만드는 방법론적인 종류에는 리니어 방식과 스위칭방식(SMPS)이 있습니다.
ex) 핸드폰 충전기 컴퓨터 파워서플라이 등
리니어 방식은 간단하고, 전원이 매우 깨끗하고, 품질이 좋은 전원을 공급하지만 출력 전압이상은 모두 열로 소모해야 하므로 효율이 나빠지고, 발열 등의 문제가 생깁니다.
반면 SMPS는 주변회로가 다소 복잡하지만 효율이 높고, 열 발생이 적기 때문에 세밀한 설계를 할 수 있습니다. 단지 ON/OFF를 반복하는 관계로 이때 발생하는 스위칭 노이즈로 인해 정밀한 기기나 저 잡음을 요하는 기기에서는 좀 꺼리는 편입니다. 대표적인 리니어 레귤레이터로는 78XX 시리즈와 79XX 시리즈가 있고, SMPS는 PC494C, MC34063, TL2524, TL3842, LM2575 등등 모양과 방식이 매우 다양합니다.
리니어 방식
장점
1)배터리에 가까운 양질의 DC전원을 얻을 수 있다.
2)부품수가 적고 간단하다.
*증폭기(오디오증폭)등 소신호를 다루거나 정교한회로의 전원에 많이 사용된다.
단점
1)발열이 심하다.
2)효율이 낮다.
3)텅치가 크고 무겁다.
스위칭 방식(SMPS)
장점
1)효율이 높다.
2)소형경량이다.
3)입력전압 범위가 넓다(AC85V~240V)
*잡음에 크게 영향을 받지 않고 큰 전력을 다루는 회로의 전원으로 많이 사용된다.
단점
1)노이즈가 심하다.
2)부품수가 많고 회로가 복잡하다
3)기술적으로 어렵다.

키워드

정전압 정전류 회로,   결과레포트,   정전류 회로 설계,   정전압 회로 설계,   회로,   설계,   정전압 정전류 회로 결과