전기이론›전류의 작용·반도체·계측

반도체와 정류회로

Semiconductors & Rectifiers

반도체란 무엇인가

반도체는 도체(구리, 금)와 부도체(유리, 고무) 사이의 물질입니다. 순수한 실리콘(Si)에 불순물을 미량 첨가하면 전기적 성질을 자유자재로 조절할 수 있습니다.

반도체 종류

📊P형 vs N형 반도체
구분P형N형
불순물B(붕소), Ga(갈륨)P(인), As(비소)
원자가3가 원소 첨가5가 원소 첨가
다수 캐리어정공(+)전자(−)
소수 캐리어전자(−)정공(+)
기억법P = Positive = 정공N = Negative = 전자
💡 다이오드의 탄생
①P형 + N형을 접합 → PN접합 다이오드
②한쪽 방향으로만 전류가 흐름
③순방향(P→N): 전류 통과 OK
④역방향(N→P): 전류 차단 (밸브 역할)
⑤LED, 태양전지도 PN접합 원리
정류회로 — 교류를 직류로

정류 방식별 출력 파형 비교 — 녹색 점선: 평균값

0

0: 교류 입력 → 1: 반파 → 2: 전파 → 3: 브리지

🔌 정류 방식 비교
①반파 정류: 다이오드 1개, 반쪽만 사용 → 효율 낮음
②전파 정류: 변압기 중간탭 + 다이오드 2개
③브리지 정류: 다이오드 4개, 가장 널리 사용
④전파·브리지는 출력이 반파의 2배
정류 출력 전압 계산
반파 정류 평균전압
Vavg = Vmπ ≈ 0.318 Vm
반주기만 사용 — 효율이 낮음
전파/브리지 정류 평균전압
Vavg = 2Vmπ ≈ 0.637 Vm
양쪽 반주기 모두 사용 → 반파의 2배
📐 계산 예시
①AC 220V(실효값) → V_m = 220 × √2 ≈ 311V
②반파 정류: 311 × 0.318 ≈ 99V
③브리지 정류: 311 × 0.637 ≈ 198V
④실무에서 브리지 정류를 가장 많이 사용

정류 비교표

📊정류 방식별 핵심 수치
방식다이오드평균전압리플
반파1개0.318 V_m크다
전파2개+중간탭0.637 V_m작다
브리지4개0.637 V_m작다
평활회로와 제너다이오드

정류 후에도 파형은 울퉁불퉁(리플)합니다. 콘덴서를 달아 평탄하게 만드는 것을 평활이라 합니다. 콘덴서 용량이 클수록 출력이 매끄러워집니다.

⚡ 제너다이오드
①역방향으로 일정 전압(제너 전압 V_Z)에서 전류가 흐름
②이 특성을 이용해 전압을 일정하게 유지
③정전압 회로의 핵심 부품
④과전압 보호(서지 보호)에도 사용
⑤기호: 다이오드에 꺾인 선 추가
총정리
반파 정류
Vavg = Vmπ ≈ 0.318 Vm
다이오드 1개 — 효율 낮음
브리지 정류
Vavg = 2Vmπ ≈ 0.637 Vm
다이오드 4개 — 가장 보편적
🎯 시험 포인트
①P형 = 정공(+), N형 = 전자(−)
②다이오드 = 한 방향 전류만 통과
③반파 0.318, 전파/브리지 0.637
④브리지 정류: 다이오드 4개 → 실무에서 가장 많이 사용
⑤제너다이오드 = 정전압 용도