반도체는 도체와 부도체 사이의 물질이고, P형과 N형을 붙인 다이오드는 한 방향으로만 전류를 흘린다. 이 성질로 교류를 직류로 바꾸는 반파 · 전파 · 브리지 정류와 평균 전압, 리플을 줄이는 평활 회로, 전압을 일정하게 잡는 제너 다이오드를 다룬다. 그림은 정류 방식별 출력 파형이고, 녹색 점선이 평균값이에요. 정류 방식 슬라이더(0 ~ 3)를 옮기면 교류 입력 → 반파 → 전파 → 브리지 순으로 파형과 평균값 계수, 아래 다이오드 수가 바뀌어요.
반도체란 무엇인가
반도체는 도체(구리 · 금)와 부도체(유리 · 고무) 사이의 물질이다. 순수한 실리콘(Si)에 불순물을 아주 조금 넣으면 전기적 성질을 크게 바꿀 수 있다.
반도체 종류
P형 반도체와 N형 반도체
구분
P형
N형
불순물
B(붕소) · Ga(갈륨)
P(인) · As(비소)
원자가
3가 원소를 넣음
5가 원소를 넣음
다수 캐리어
정공(+)
전자(−)
소수 캐리어
전자(−)
정공(+)
이름의 뜻
P = Positive(양) · 정공
N = Negative(음) · 전자
💡 다이오드
①P형과 N형을 붙이면 PN 접합 다이오드가 된다
②전류가 한 방향으로만 흐른다
③순방향(P → N)이면 전류가 흐른다
④역방향(N → P)이면 전류가 막힌다
⑤LED · 태양 전지도 PN 접합을 쓴 소자예요
정류 회로: 교류를 직류로
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정류 방식별 출력 파형 비교(녹색 점선 = 평균값)
교류 입력
🔌 정류 방식 비교
①반파 정류는 다이오드 1개로 반주기만 쓰니 효율이 낮다
②전파 정류는 변압기 중간 탭과 다이오드 2개를 쓴다
③브리지 정류는 다이오드 4개를 쓰고 가장 널리 쓰인다
④전파 · 브리지 정류의 평균 출력은 반파의 2배이고, 리플 주파수도 2배예요
정류 출력 전압 계산
반파 정류 평균 전압
Vavg = Vmπ ≈ 0.318 Vm
반주기만 사용해 효율이 낮음
전파 · 브리지 정류 평균 전압
Vavg = 2Vmπ ≈ 0.637 Vm
두 반주기를 모두 써서 반파의 2배
📐 계산 예
①AC 220 V(실효값)이면 V_m = 220 × √2 ≈ 311 V
②반파 정류는 311 × 0.318 ≈ 99 V(실효값으로는 0.45 × 220)
③브리지 정류는 311 × 0.637 ≈ 198 V(실효값으로는 0.9 × 220)
④실무에서는 브리지 정류를 가장 많이 써요
정류 비교표
정류 방식별 핵심 수치
방식
다이오드
평균 전압
리플
반파
1개
0.318 V_m
크다
전파
2개 + 중간 탭
0.637 V_m
작다
브리지
4개
0.637 V_m
작다
평활 회로와 제너 다이오드
정류한 뒤에도 파형은 오르내림(리플)이 남는다. 콘덴서를 달아 이를 고르게 만드는 것을 평활이라 한다. 콘덴서 용량이 클수록 출력이 매끄러워진다.