분압점과 출력점을 구분합니다
그림에서 36 V 전원은 위쪽 6 kΩ 저항을 거쳐 분압점 V_A에 연결됩니다. V_A에서 3 kΩ 저항은 접지로, 다이오드와 1 kΩ 부하 저항은 직렬로 접지에 연결됩니다. 다이오드 뒤 부하 전압은 V_O입니다. V_A와 V_O는 같은 점이 아닙니다.
노드(node)는 도선으로 이어져 같은 전압을 갖는 지점입니다. 노드로 들어온 전류의 합과 나간 전류의 합은 같습니다. 이를 키르히호프 전류 법칙(KCL, Kirchhoff’s Current Law)이라고 합니다. 여기서는 6 kΩ으로 들어온 전류 I₆이 3 kΩ으로 내려가는 I₃과 다이오드·부하 가지의 I_D로 나뉩니다.
다이오드가 없다면 6 kΩ과 3 kΩ만의 무부하 분압점은 36×3/(6+3)=12 V입니다. 그러나 이 12 V를 출력 전압으로 쓰면 다이오드 가지의 전류를 무시한 셈입니다. 다이오드가 꺼져 있다고 가정하면 부하 저항 때문에 V_O=0 V인데, 다이오드에는 약 12 V의 순방향 전압이 걸려 꺼짐 가정과도 맞지 않습니다. 따라서 정상 극성에서는 도통하는 해를 검토해야 합니다.
도통 구간에서는 전류 식 세 개를 함께 풉니다
설명용으로 다이오드의 해당 동작점 순방향 전압(forward voltage)을 V_F=0.757 V라고 가정하겠습니다. 이는 모든 다이오드에 고정되는 값이 아닙니다. 다이오드가 도통하면 V_O=V_A−V_F이고,
I₆=(36−V_A)/6 kΩ, I₃=V_A/3 kΩ, I_D=(V_A−V_F)/1 kΩ, I₆=I₃+I_D.
저항 단위를 kΩ으로 쓰면 전류는 mA가 됩니다. 식을 풀면 V_A≈4.505 V, V_O≈3.748 V, I₆≈5.249 mA, I₃≈1.502 mA, I_D≈3.748 mA입니다. 소수점을 줄이면 4.5 V 분압점, 약 3.75 V 출력이 됩니다. 그때의 실제 다이오드 전류·온도에 따라 V_F가 다르면 다시 계산해야 합니다.
상용 부품을 고를 때에는 전압뿐 아니라 위쪽 6 kΩ 저항의 손실도 봅니다. 이 가정의 직류 동작점에서 (36−4.505)²/6 kΩ≈0.165 W입니다. 0.125 W 저항은 이미 명목 손실보다 정격이 작습니다. 더 높은 전력·전압 정격과 사용할 주변 온도에서의 디레이팅(derating)을 확인해야 합니다. 아래쪽 3 kΩ은 약 6.8 mW, 1 kΩ 부하는 약 14.0 mW, 다이오드는 약 2.8 mW라는 조건부 계산도 함께 기록합니다.
회로에서 확인할 순서
- 전원을 끈 상태에서 다이오드 방향과 6 kΩ·3 kΩ·1 kΩ 연결을 확인합니다. 특히 다이오드 앞 V_A와 뒤 V_O를 서로 다른 측정점으로 표시합니다.
- 전원을 켜고 전원 실제 값, V_A, V_O를 같은 접지 기준으로 측정합니다. 두 전압의 차가 해당 전류에서의 다이오드 순방향 전압과 맞는지 봅니다.
- 측정 전압으로 I₆, I₃, I_D를 각각 구해
I₆≈I₃+I_D인지 확인합니다. 차이가 크면 저항값, 다이오드 극성, 숨은 부하와 계측 연결을 조사합니다. - 가장 손실이 큰 위쪽 저항의 정격·표면 온도와 전압 정격을 확인합니다. 공급 전압 및 부하가 달라지는 범위에서도 다시 계산합니다.
단순 저항 부하는 두 저항의 병렬값으로 바꿔 분압을 풀 수 있지만, 다이오드가 들어간 가지는 전류에 따라 전압 강하가 변합니다. 따라서 무부하 분압 공식이나 12 V−0.7 V 한 줄로 이 회로의 출력을 정하지 않습니다.