전기전자기초회로

[박월성]

정류용 브릿지 다이오드와 전력 트랜지스터로 교류를 스위칭하기 
트랜지스터를 스위칭용으로 쓸 때는 대개 직류를
스위칭하는 용도로 쓰지만 브릿지 다이오드와
조합하면 교류도 스위칭 할 수 있다.
이 때 스위칭회로 전체 전압강하(교류 스위칭단자
양단)는 트랜지스터의 전압강하 + 다이오드의
전압강하로 약 1.5V - 2V 정도 된다.
트랜지스터는 최대 콜렉터전압이 교류 스위칭
전압의 2배이상 되는 것을  선택한다.
교류전압이 높으면 물론 제어입력측에도 절연을
하는등 주의가 필요하다.
실리콘 트랜지스터를 제너 다이오드로 
실리콘 트랜지스터의 베이스-에미터 접합은
대개 제너다이오드의 특성을 지닌다.
그래서 제너다이오드 대신 간이형 정전압
전원에 사용할 수 있는데 제너전압은 대개
5V - 7V 정도로 품종간이나 개별 소자간에
차이가 많이 나므로 전압을 확인한 후
사용하는게 좋다.
트랜지스터 전자볼륨 
카셋녹음기 AGC 앰프 입력에 쓰인 전자볼륨.
제어입력은 앰프출력중 일부를 평활하여 가한다.
옆 그림에서 입력 출력 구분은 별 의미 없고
바꾸어 써도 상관없다.
콜렉터-에미터간 저항이 제어입력에 따라 변하여
출력을 조절한다.  
달링턴 트랜지스터 극성 바꾸기 
달링턴접속은 Tr의 전류증폭률을 극적으로
키우는 외에도 Tr의 극성도 바꿀 수 있다.
대용량 파워 Tr은 NPN형이 대부분인데 회로
구성하다 보면 PNP 파워 Tr이 필요할 수 있다.
이 때는 그림처럼 드라이브 Tr(앞단)의 극성을
바꿔 등가적으로(겉보기) PNP 파워 Tr을 구성할
수 있다.
즉 달링턴 Tr의 겉보기 극성은 드라이버 Tr의
극성에 따른다.
제너다이오드의 온도보상 
제너다이오드의 전압은 약 +2mV/℃정도의 온도
계수가 있어 온도가 오를수록 전압도 높아진다.
한편 일반 다이오드 순방향 바이어스는 -2mV/℃
의 온도계수이므로 이를 이용해 그림1처럼 온도
보상을 하여 온도변화에 관계없이 일정한 전압
을 유지하게 할 수 있다.
트랜지스터의 B-E간은 제너, B-C간은 일반 다이
오드 접합이므로 그림2처럼 해도 온도보상이
되나 실험적으로는 안되는 경우가 있었다.
그림3은 같은종류의 제너 2개로 온도보상을 한
경우로 제너도 순방향 바이어스일때는 (-)의 온
도계수를 보이므로 이런 응용이 가능하다.
물론 셋 다 온도보상용 다이오드의 순방향전압
(0.6V)만큼 전압이 올라간다.
트랜지스터의 온도보상 
트랜지스터의 B-E간 순방향전압은 -2mV/℃정도의
온도계수를 보이는데 이로 인해 원래 설정했던
바이어스점이 온도에  의해 변화되어 동작에 영향
을 미친다.
Tr이 대전력용이면 이런 바이어스점의 변동은
Tr에 전류를 많이 흐르게 하고 그로인해 다시
온도가 오르는 이른바 열폭주현상까지 일으킨다.
이를 보상하기 위해 Tr의 B-E에 그림1처럼 병렬로
다이오드를 넣어 온도보상을 하는 수가 있다.
이렇게 되면 신호전압도 분류가 되어 Tr로 흐르는
신호가 약해지므로 그림2처럼 저항을 넣던가 그림3
처럼 트랜스를 이용해 온도보상용 다이오드가 신호
를 약하게 하지 않도록 한다.
그림1의 회로는 간이형 온도검출회로로 응용할 수도
있는데 Tr을 항온조속에, 다이오드를 온도프로브로
쓰면 출력에 증폭된 온도출력신호가 나온다.
정전압레귤레이터 전압 바꾸기 
7805같은 정전압레귤레이터는 출력단자와 Gnd단자
사이의 전압이 항상 일정하도록 조절된다.
만일 원하는 전압을 출력하는 레귤레이터 칩이
없다면 Gnd단자와 공통라인 사이에 제너다이오드를
넣음으로써  출력전압을 바꿀 수 있다.
출력전압은 레귤레이터의 출력전압과 제너
다이오드의 전압을 더한 것이 된다.
정전압 레귤레이터 전류증강(1) 
정전압레귤레이터의 최대출력전류가 모자랄
경우 알맞는 콜렉터손실을 가진 전력Tr을
덧붙여 출력전류를 늘일 수 있다.
회로 전체의 전력은 Tr이 담당하고 레귤레이터
의 부하는 가벼워진다.
전력Tr에는 충분한 방열판이나 기타 방열대책이
필요하며 출력전압은 Tr의 B-E간 전압 만큼 낮아
지기 때문에 Gnd 단자에 다이오드를 추가하여
전압을 보상한다.
정전압 레귤레이터 전류증강(2) 
위의 전류증강회로(Booster)에는 NPN형의 전력 Tr을
사용하여 출력전압이 원래 레귤레이터의 출력전압보다
약간 낮아지는 문제점이 있었는데, 이 회로에서는
PNP형의 전력 Tr을 사용하여 원래의 출력전압을
그대로 유지하면서 회로도 간단하게 하고 있다.
물론 전력 Tr에는 기본적으로 방열판을 달아야 한다.

(주) 이 회로는 하이텔 디지탈동호회 김성암님의
     회로입니다.
정전압 레귤레이터 정전류원 
정전압레귤레이터는 출력단자와 Gnd단자간의
전압을 일정하게 유지시키는 것이 기능이므로
이 성질을 이용해 정전류원을 만들 수 있다.
그림의 저항 Ri에 일정한 전압을 유지하려면
역시 일정한 전류를 흘려야 하기 때문에 전체
회로에 흐르는 전류는 일정해 진다는 것이
정전압IC로 정전류원을 만들 수 있는 원리이다.
정전압IC의 출력전압을 Rv라고 하면 Ri는:

    Ri = Rv / (Ro - 3mA)
    단, 여기서 Ro = 출력전류

정전압IC는 출력전류가 없을 때에도 자체적으로
3mA정도를 흘리기 때문에 이런 응용회로를 설계
할 때에는 이 점을 고려해야 한다.
물론 이 전류값은 정전압IC에 따라 다르므로 미리
데이터북 등을 참조하여 알아놓는다.
또한 IN과 OUT사이의 전압은 최소 정전압IC의 출력
전압 + 최소동작전압 이상으로 유지시켜줘야 한다.
만일 7805를 쓴다면 이 전압은 약 5+3=8V정도 이상
전압을 걸어주어야 한다.
트랜지스터 2석 정전류원 
트랜지스터 2석으로 부귀환을 걸어
정전류원으로 사용한 회로이다.
Q1이 베이스저항 RB에 의해 바이어스가 걸려
도통하면 에미터저항 RE에 전압이 걸리고,
이 전압이 Q2의 베이스-에미터에 걸리면
Q2가 도통하면서 Q1의 베이스전류가 분류되어
Q1의 전류가 줄어드는 부귀환이 이루어져
전류가 일정하게 흐르는 정전류원이 된다.
RB는 Q1의 HFE와 필요한 정전류를 고려하여
결정하는데 대략 10KΩ내외에서 정하면 되고,
회로 전체의 정전류의 크기는 에미터저항 RE의 값에
의해 정해지는데 이 값은:

     RE = 0.6 / 원하는전류(A)

니카드전지 충전용이나 넓은 전압범위
에서 동작하는 LED램프 구동용으로
적당하다.
자동 전원 차단 회로 
릴레이를 사용한 전원 자동차단회로의 예인데
Start SW를 누르면 Tr1에 베이스전류가 흘러서
릴레이코일에 전류가 흘러 회로가 켜지고 그 다음은
Tr1에 베이스전류가 계속 공급되어 켜진상태가
유지되며 부하에 전류가 계속 흐르게 된다.
이 상태에서 제어입력에 + 펄스가 들어오면
Tr2가 도통되며 Tr1은 베이스전류가 분류되므로
전류가 차단되어 릴레이가 꺼진다.
필요하면 수동으로 전원을 차단하는 Stop SW
를 점선 위치에 달 수 있다.
건전지 역접속 방지/경고 회로 
건전지를 사용하는 기기에서 사용자의 실수로
건전지를 거꾸로 넣어서 기기가 파손되는 것을
막기 위한 방법으로 다이오드를 전원라인에
직렬로 넣는 것을 간단히 생각할 수 있다.
그러나 건전지 정상접속시에 다이오드에
순방향 바이어스 전압 0.6V 정도가 항상 걸려서
건전지 전압이 낮을 경우 부담이 된다.

이 회로는 전지 정상접속의 경우 다이오드는
역바이어스 되고 릴레이는 동작하지 않아서
NC접점쪽에 연결된 정상출력에 전원 출력이 나간다.
릴레이 접점의 접촉저항은 매우 낮으므로
전원전압은 거의 소모되지 않는다.

건전지가 역접속되면 다이오드가 순바이어스
되어 릴레이가 동작하고, 주 회로는 끊어지고
경보회로가 동작하여 건전지가 거꾸로 끼워
졌음을 알린다.

경보회로의 극성이 정상출력과 반대인점에
유의한다.

(주)NC는 릴레이가 동작하지 않을 때
    켜지는 접점임.
제어전압으로 펄스폭을 조절하는 One Shot 회로 
입력펄스에 대해 일정한 폭의 펄스를 출력하는
OneShot회로(단안정 멀티바이브레이터)에
비교기를 추가하여 제어전압에 따라 출력펄스의
폭을 좁고 넓게 조절할 수 있는 가변 펄스폭
OneShot회로이다.
출력측의 다이오드는 C를 빨리 충전시키기 위해
추가한 회로다.
입력펄스의 주파수(클럭)를 일정하게 하면 곧바로
전압-PWM 변환기가 된다.
클럭주파수를 고려하여 R, C의 상수를 정한다.
비교기로는 LM339 등이 있다.
디지탈 PWM 발생회로 
PWM(Pulse Width Modulation:펄스폭변조)는
모터나 전자석, 솔레노이드 같은 강전부하를
리니어제어 할 때 많이 쓰는 제어방식이다.
이 회로는 8비트 랫치 레지스터에 원하는 숫자
를 써 넣음으로써 그 숫자만큼의 듀티비를 가진
PWM파를 출력으로 얻을 수 있는 회로이다.
굳이 8비트가 아니더라도 원하는 비트수 만큼
회로를 확장할 수 있다.
회로에서 클럭이 들어가는 칩이 카운터인데
4040등의 리플 카운터를 쓰면 될 것이다.
[주] 링크메뉴의 이종균님 홈페이지로 가 보면
     비교기를 쓰지않은 디지탈 PWM 발생회로가
     있습니다.
랫치와 비교기로 구성한 4채널 ADC 
랫치와 DAC 하나, 비교기로 구성한 다채널 ADC회로
인데 ADC의 원리를 쉽게 알 수 있는 구조이고 원하면
비교기만 추가하여 필요한 만큼 채널을 추가할 수 있다.
원리는 비교기의 + 입력단자보다 - 입력단자의 전압이
높으면 비교기의 출력이 ON 되는 것을 이용한 것이다.
+ 입력단자는 DAC에 연결되어 있으므로 랫치에 디지탈값을
입력하면 비교기 + 입력단자 전압을 맘대로 바꿀수 있다.
랫치에 가장 작은 값부터 입력하며 비교기 출력을 감시
하면 - 입력단자의 전압보다 커지는 값을 넣는 순간부터
비교기 출력이 반전되므로 그 때의 랫치 값을 알면
입력단자의 전압값을 알 수 있다.
필요하면 아날로그 입력단에 샘플홀드회로를 추가한다.


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