정류회로 리플 계산기 (반파·전파·브리지)
교류를 다이오드로 정류하고 커패시터로 평활할 때 출력 전압, 리플, 필요한 커패시터 용량을 한 주기씩 계산해 구합니다.
센터탭 전파는 2차측 한쪽(중앙 탭 기준) 전압을 넣으세요. 커패시터가 없으면 C에 0을 넣습니다.
출력 파형
계산 방법
교재의 Vr ≈ (Vp)/(2fRC)(반파는 (Vp)/(fRC))는 리플이 출력보다 훨씬 작을 때만 맞습니다. 이 계산기는 커패시터가 부하로 지수적으로 방전하다가 정류 파형이 다시 올라와 만나는 순간 충전되는 과정을 그대로 따라가므로, 커패시터가 작아 리플이 클 때도 PSpice 결과와 몇 % 안에서 맞습니다. 실제 회로는 변압기 권선 저항과 다이오드 전류 때문에 최댓값이 조금 더 낮습니다.
풀이 예제: 전파 정류 + 22 µF
- 출력 최댓값은 첨두 전압에서 다이오드 한 개의 전압 강하를 뺀 값: 5 − 0.65 = 4.35 V
- 근사식: Vr ≈ (Vp)/(2fRC) = (4.35 V)/(2 × 60 Hz × 1 kΩ × 22 µF) = 1.65 V
- 실제로는 커패시터가 3.252 V까지만 떨어진 뒤 다시 충전되어 리플은 1.1 V. 근사식이 50% 크게 나옵니다.
커패시터 용량별 리플
| C | 리플 (계산기) | (Vp)/(2fRC) | 근사식 오차 | 평균 출력 |
|---|---|---|---|---|
| C10 µF | 리플 (계산기)1.88 V | (Vp)/(2fRC)3.63 V | 근사식 오차+93% | 평균 출력3.47 V |
| C22 µF | 리플 (계산기)1.1 V | (Vp)/(2fRC)1.65 V | 근사식 오차+50% | 평균 출력3.83 V |
| C56 µF | 리플 (계산기)515 mV | (Vp)/(2fRC)647 mV | 근사식 오차+26% | 평균 출력4.1 V |
| C100 µF | 리플 (계산기)309 mV | (Vp)/(2fRC)363 mV | 근사식 오차+17% | 평균 출력4.2 V |
| C220 µF | 리플 (계산기)149 mV | (Vp)/(2fRC)165 mV | 근사식 오차+11% | 평균 출력4.28 V |
| C470 µF | 리플 (계산기)72.2 mV | (Vp)/(2fRC)77.1 mV | 근사식 오차+7% | 평균 출력4.31 V |
| C1 mF | 리플 (계산기)34.7 mV | (Vp)/(2fRC)36.3 mV | 근사식 오차+4% | 평균 출력4.33 V |
센터탭 전파, 2차측 첨두 5 V, 다이오드 0.65 V, 60 Hz, RL = 1 kΩ 기준입니다. 같은 조건의 PSpice 시뮬레이션(다이오드 D1N4004)에서는 10·22·56 µF일 때 리플이 1.85·1.09·0.53 V였습니다.
실험대에서 확인: 다이오드 강하는 0.65 V로 고정이 아니다
아래 숫자는 이 사이트 운영자가 실험 수업에서 직접 기록한 값에서 계산했습니다. 측정값은 고치지 않았습니다.
이 계산기는 다이오드를 '고정 전압 강하 Vd'로 봅니다. 실험에서 반파 정류 회로(커패시터 없음)에 정현파를 넣고 입·출력 첨두를 잰 값과 비교했습니다.
| 입력 | 입력 첨두 (실측) | 계산기 (Vd 0.65 V) | 출력 첨두 (실측) | 실제 전압 강하 |
|---|---|---|---|---|
| 입력5 V 정현파 | 입력 첨두 (실측)5.065 V | 계산기 (Vd 0.65 V)4.415 V | 출력 첨두 (실측)4.240 V | 실제 전압 강하0.825 V |
| 입력0.5 V 정현파 | 입력 첨두 (실측)0.488 V | 계산기 (Vd 0.65 V)0 V | 출력 첨두 (실측)0.040 V | 실제 전압 강하0.448 V |
- 5 V 입력: 실제 전압 강하는 0.825 V로 기본값 0.65 V보다 0.18 V 컸습니다. 첨두에서는 다이오드 전류가 가장 크기 때문에 강하도 커집니다. 계산기의 Vd에 0.8 V 안팎을 넣으면 이 측정과 맞습니다.
- 0.5 V 입력: 고정 강하 모델로는 0.65 V보다 작은 입력이 전혀 나오지 않아야 하지만, 실제로는 40 mV가 나왔습니다. 다이오드는 스위치가 아니라 지수 곡선이라 낮은 전압에서도 약한 전류가 흐릅니다(커트인 전압 가이드).
쓸 때의 요령: 출력 전압을 정확히 맞춰야 한다면 Vd를 0.65 V 대신 0.75~0.85 V로 넣어 보고 어느 쪽이든 견딜 수 있게 설계하세요. 리플과 커패시터 크기는 이 차이에 거의 영향을 받지 않습니다. PSpice와의 비교는 정류 리플 가이드에 있습니다.
정류 회로 실전
변압기에서 평활된 직류까지
- 반파, 센터탭 전파, 브리지 중 하나를 고르고 변압기의 교류 출력 전압과 전원 주파수(50 또는 60 Hz)를 입력합니다.
- 부하 전류와 평활 커패시터를 넣으면 직류 출력과 피크-피크 리플이 나옵니다.
- 또는 허용할 리플을 넣고 필요한 커패시터를 읽습니다.
정류 계산이 어긋나는 곳
- RMS 전압을 직류 출력으로 쓰기. 커패시터는 최대값, 즉 RMS 전압의 약 1.41배에서 다이오드 강하를 뺀 값까지 충전됩니다. 12 V 변압기에 브리지를 쓰면 부하가 가벼울 때 대략 15 V 직류가 나옵니다.
- 두 번째 다이오드 강하를 잊기. 브리지는 전류가 다이오드 두 개를 지나므로 약 1.4 V를 잃습니다. 센터탭 전파 정류는 하나만 잃습니다.
- 내압 여유가 없는 커패시터. 변압기는 부하가 가볍거나 상용 전원이 높을 때 정격보다 높은 전압을 냅니다. 최대값보다 최소 25~50% 높은 내압을 고르세요.
리플과 돌입 전류
리플 식은 커패시터가 한 주기 내내 일정한 전류로 방전한다고 가정하므로 리플을 조금 크게 잡습니다. 정류 리플 가이드에서 측정값과 비교했습니다. 큰 커패시터는 켤 때 큰 돌입 전류를, 동작 중에는 큰 리플 전류를 흘리므로 커패시터의 리플 전류 정격을 확인하세요. 부하에 일정한 전압이 필요하면 뒤에 레귤레이터를 달고, 리플의 가장 낮은 점이 레귤레이터의 최소 입출력 전압차 위에 있는지 확인하세요.
자주 묻는 질문
측정한 리플이 (Vp)/(2fRC)보다 작은 이유는?
이 식은 커패시터가 반주기 내내 일정한 전류로 방전한다고 가정합니다. 리플이 크면 커패시터 전압이 지수적으로 떨어지고 정류 파형이 더 일찍 따라잡기 때문에 실제 리플은 더 작습니다. 22 µF, 1 kΩ, 60 Hz에서는 근사식이 약 50% 크게 나옵니다.
센터탭과 브리지 중 무엇을 쓰나요?
센터탭 전파는 다이오드 2개로 전압 강하가 한 번이지만 중앙 탭이 있는 변압기가 필요하고, 다이오드 역전압이 첨두값의 약 2배입니다. 브리지는 어떤 변압기에도 쓸 수 있지만 다이오드 전압 강하가 두 번 생깁니다.