글쓴이 : SOONDORI
글 작성을 위해 대충 만든 보드를 버릴까 하다가 하나 더!
* 관련 글 : 단파정류를 통해서 본 평활 커패시터의 삽질
차 떼고 포 떼고 <AC 정류 후 DC 전압>을 쉽게 계산하려면,
DC 전압 = AC 전압 × 루트(2)
또는 성의껏 하자면, 머릿속에서 계산된 DC 전압 – 0.7V(=정류 다이오드가 먹어 치우는 기본 전압)
가 된다.
공칭 AC 15V를 기준으로 실제로 그러한지를 확인해 보면..
○ 계산값 : DC 전압 = 15ACV(*) × 1.414 = 21.21DCV 또는, 0.7V 정도를 차감하여 20.51DCV이니 이런저런 현실 오차를 고려하여 대충 21V가 나오면 된다. 정말 그럴까?
* ACV = AC 전압(V), DCV = DC 전압(V)
○ 실물 회로에서 확인된 것은 다음과 같다.
Step #1) 트랜스포머에 정류다이오드만 연결한 상태. 즉, 평활 커패시터 및 부하 저항이 없는 조건. 참고로 오실로스코프가 임시 부하 역할을 하고 있음.
그런데 왜 21DCV가 나오지 않을까?
싸인파의 절반이 제거되었기에 “정류했다”라고 말하지만, 실은 DC가 아니라 AC에 가까운 상태이다. 눈에 보이는 그대로, 열심히 등락하고 있고, 이런 정도면 타 계측기가 AC로 인식할 수도 있는 상황이니… 어쨌든 아직은 DCV를 거론할 때가 아님.
그런 관점에서 “정류했다”, “평활했다”, “AC를 DC로 바꾸었다”, “내가 전원 공급장치를 만들었다” 등, 여러 가지 묘사적 문장에 기술적 차이가 있는 것이다.
참고로 하단 표시 항목에 대한 해석은,
– V_peak to peak : 보이는 그대로 V_max와 밑바닥 라인 사이의 눈금 거리(=전압)으로서 22.19V
– V_average : 정류 후 DC 성분의 평균값으로서, V_max / 파이(Pi, 3.14) = 7.0668V
– V_rms : Root Mean Square의 줄임말 RMS를 실효값으로 해석하고… V_max / 2 = 11.095V
Step #2) 4.7K 오움 일반 저항을 부하로 연결 → 본래 오실로스코프가 본의 아닌 부하로 물린 상태였으니까… 거기서 거기. 위와 같음.
Step #3) 1000uF 커패시터를 연결 → 이제야… 평활 작용에 의해 그럴듯한 모습의 직류가 된다. 말씀인즉, 이제야 DCV를 거론할 때가 되었다.
그리하여 하단 표시 항목에 대한 해석은,
– V_peak to peak : 937.5mV = 미세 리플(Ripple) 높낮이를 말해주는 것. 0.0V가 이상적이지만, 현실에서 그런 경우는 없다고 봐야 함.
– V_average : 뭐… 계산값에 준하는 조건.
– V_RMS : 교류 성분이 0이면 굳이 언급할 가치가 없음. 어쨌든, 딱히 유의미한 전류를 소모하지 않는 조건에서 평균값 ≒ 실효값인 상태.
결론은,
1) 대충 21V 부근에서 DCV가 관측되고 있음. 다만, 적당 용량의 평활 커패시터가 붙어 있는 조건에서. 참고로 전류를 과하게 소모하면 ‘AC로 되돌아가기’가 되니까 계산값을 충족할 수 없음.
2) DIY 반파정류 회로를 만들 때는, 0.7V이 또는 무엇이 어쩌고저쩌고하는 게 영~ 귀찮으니까 그냥 “알고 있는 AC 전압에 1.414 곱해주기”만 기억하면 됨. (개그맨 장동민의 “그까이꺼~!”가 생각남)
3) 앞에서 언급한 0.7V에 대해서는, AC220V의 널뛰기가 워낙 심해서… 그 정도 넣고 빼고는 큰 의미 없음. 대충 해도 되는 배경이다.
그렇고… 전파정류와 양파정류는? 다음 글에서 계속.
* 관련 글 : AC-DC 정류 후 전압 변화 (2), 전파 정류
부하(Load) 즉, 전류 소모량이 반파정류의 AC-DC 변환에 주는 영향.
1) 100mA 소모@1000uF : 18.23DCV
평활 커패시터의 작용이 불충분한 조건이 되면서 리플이 증가하고 결국, AC 성분의 비율이 커지면서 이상적인 DC 관점에서 바라보는 DCV는 낮아진다.
2) 200mA 소모@1000uF : 16.38DCV
3) 200mA 소모@3200uF : 19.24DCV
커패시터 용량의 증가에 의해 충/방전 패턴이 달라지면서 상당한 값이 복원되었다.
(내용 추가) 위 사례를 보면… 마치 무한대 커패시터 용량이 최선일 것 같지만, 현실은 전혀 그렇지 않음. 그런 오해를 방지하기 위해 적어 놓기를,
1) 오디오 시그널은 순간적으로 움직인다. 번쩍하는 순간, 어떤 양의 전류를 소모하는 것과 위 실험에서처럼 계속해서 전류를 흘리는 것은 완전히 경우가 다르다.
2) 돌입 전류(In-Rush Current)를 생각하면, 휴즈나 스위치나 와이어나… 모든 것의 등급이 달라져야 한다. 그럴 수 있는지? 그래서, 빈티지 오디오에 있는 오리지널 커패시터 용량을 에라~ 모르겠다 곱하기, 곱하기, 곱하기 용량으로 바꾸는 것은 좀… 거시기함.
3) 1만 F, 2만 F… 주먹만한 또는 머리통만 한 거대 커패시터를 달아 놓은 것은 다분히 과시적인 측면이 있다고 생각하고… 300W 앰프를 사서 꼴랑 5W만 쓰는 소비자 입장에서는 완전한 낭비.
4) 거대한 커패시터는 절대 안 늙을까? 시간이 지나면서 뭔가 달라지고… 특주품일 것이 분명한 것을, 리캡(Re-CAP)으로 건전성을 회복시키려면 품이 많이 든다.
* 관련 글 : RE-CAP
