seegongsik

전기기능사 전기이론 · 반도체와 정류회로

Semiconductors & Rectifiers

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
구분P형N형
불순물B(붕소) · Ga(갈륨)P(인) · As(비소)
원자가3가 원소를 넣음5가 원소를 넣음
다수 캐리어정공(+)전자(−)
소수 캐리어전자(−)정공(+)
이름의 뜻P = Positive(양) · 정공N = 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

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
방식다이오드평균 전압리플
반파1개0.318 V_m크다
전파2개 + 중간 탭0.637 V_m작다
브리지4개0.637 V_m작다

평활 회로와 제너 다이오드

정류한 뒤에도 파형은 오르내림(리플)이 남는다. 콘덴서를 달아 이를 고르게 만드는 것을 평활이라 한다. 콘덴서 용량이 클수록 출력이 매끄러워진다.

⚡ 제너 다이오드
①역방향으로 일정한 전압(제너 전압 V_Z)에 이르면 전류가 흐른다
②이 성질로 전압을 일정하게 유지한다
③정전압 회로의 핵심 부품이다
④과전압(서지) 보호에도 쓴다
⑤기호는 다이오드 막대 끝을 꺾어 그려요

정리

반파 정류
Vavg = Vmπ ≈ 0.318 Vm
다이오드 1개 · 효율 낮음
브리지 정류
Vavg = 2Vmπ ≈ 0.637 Vm
다이오드 4개 · 가장 널리 씀
🎯 시험에서 묻는 것
①P형의 다수 캐리어는 정공(+), N형은 전자(−)
②다이오드는 한 방향으로만 전류를 흘린다
③평균 전압 계수는 반파 0.318, 전파 · 브리지 0.637(최대값 기준)이에요
④브리지 정류는 다이오드 4개로 실무에서 가장 많이 쓴다
⑤제너 다이오드는 정전압 용도예요

마지막 수정