전기기능사 전기이론 · 반도체와 정류회로

Semiconductors & Rectifiers

반도체는 도체와 부도체 사이 성질로 다이오드·정류의 바탕이에요. 반파·전파 정류와 출력 전압, 평활·제너 정전압을 순서대로 봐요. 직류 전원 장치의 입구가 바로 이 정류 회로예요. 정류 방식 비교와 출력 계산 칸에서 출력이 보여요.

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

구분	P형	N형
불순물	B(붕소), Ga(갈륨)	P(인), As(비소)
원자가	3가 원소 첨가	5가 원소 첨가
다수 캐리어	정공(+)	전자(−)
소수 캐리어	전자(−)	정공(+)
기억법	P = Positive = 정공	N = 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 방식교류 입력

🔌 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

V_avg = V_mπ ≈ 0.318 V_m

반주기만 사용: 효율이 낮음

전파/브리지 정류 평균전압

V_avg = 2V_mπ ≈ 0.637 V_m

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

방식	다이오드	평균전압	리플
반파	1개	0.318 V_m	크다
전파	2개+중간탭	0.637 V_m	작다
브리지	4개	0.637 V_m	작다

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

V_avg = V_mπ ≈ 0.318 V_m

다이오드 1개: 효율 낮음

브리지 정류

V_avg = 2V_mπ ≈ 0.637 V_m

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