실험#2-A 반도체 다이오드의 특성 실험 1.실험목적 2. 서론 다이오드의 특성에 대해 조사한다. 모든 반도체 다이오드는 단향적 특성을 가지고 있다. 순방향 저항은 매우 낮은 반면에 역 방향 저항은 매우 높기 때문이다. 다이오드에 대한 전 압 대 전류의 곡선을 그려 가며 구체적으로 그 특성을 조사한다. Fluid Power Design & Control LAB

3. 관련 이론 다이오드 내부 저항 다이오드의 순방향 저항 (평균저항 = Vd의 변화량 / Id의 변화량)은 대단히 낮아서 그 값은 수  에서 수백  정도 된다. 따라서 전류를 잘 흘려 주게 된다. 역 방향 저항은 100 K 이상이고 높은 경우 수 M 정도의 무한대에 가깝다. 따라서 전류는 거의 흐르지 않는다. VD ID Ideal diode VT rD Fluid Power Design & Control LAB

3. 관련 이론 a) 그림과 같이 다이오드가 Ideal할 때는 0V에서 무한대의 전류를 흘려주고 0V보다 작을 때는 전류를 흘려주지 않는다. Ideal 다이오드에서 문턱전압(VT)을 고려한다면 b)그림과 같고, 문턱전압과 내부저항(rav)를 고려한다면 c)그림과 같다. Fluid Power Design & Control LAB

3. 관련 이론 역방향 대 순방향 저항비 역 방향 대 순방향 저항비(RR / RF)는 다이오드가 얼마나 순방향으로 전류를 잘 흐르게 하고 또 역방향으로 얼마나 전류를 차단 하는가를 나타 낸다. RR / RF의 비가 클수록 좋고 Si다이오드와 Ge다이오드를 비교하면 Si다이오드가 크다 계기의 내부 저항 영향 다이오드의 순방향 저항이나 역방향 저항은 저항계의 측정 범위의 변화에 따라 계기의 내부저항이 변화 하므로 측정되는 저항값이 다르게 나타날 수 있다. Fluid Power Design & Control LAB

그림에서 보는 것과 같이,순방향 특성에서 Ge다이오드의 문턱전압은 0.8V정도이고, Si다이오드와 Ge다이오드 특성곡선 비교 그림에서 보는 것과 같이,순방향 특성에서 Ge다이오드의 문턱전압은 0.8V정도이고, Si다이오드의 문턱전압은 0.7V정도로 나타난다. 역방향 특성에서, Ge다이오드의 누설전류의 크기가 Si다이오드 누설전류보다 크다. 정류소자로서 다이오드 특성은 Ideal 다이오드 특성에 가까울수록 좋다. 실제로는 정류소자로서는 Si다이오드가 좋다. 실제로 정류 소자로서는 Si다이오드를 대부분 사용한다. Fluid Power Design & Control LAB

4. 실험 순서 1N4007 1) 그림 1-1회로를 구성한다. 다이오드 2) 전압계를 사용하여 R2양단의 전압(V2)이 0.1V가 되게 하여 다이오드 전류가 0.1mA가 되게 하고 다이오드의 전압(VF)을 측정한다. 3) 다이오드 전류가 아래 표와 같이 되게 하고, 다이오드 전압을 측정한다 IF (mA) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1 2 3 4 5 6 VF (V) Fluid Power Design & Control LAB

4. 실험 순서 4) 다이오드를 통과하는 전류가 증가함에 따라 LED가 밝아짐을 확인한다. 5) 실험순서 3) 에서 구한 표를 이용하여 V-I 특성곡선을 그린다. 6) LED가 완전히 꺼질 때까지 가변저항을 돌린 후 다이오드 방향을 바꿔 끼운다. 7) 다이오드 양단전압(VF)을 0V에서 12V까지 서서히 증가시켜 다이오드의 역바이어스 전압 이 12V가 되게 한다. LED가 켜지는가? 8) 전압계를 이용하여 다이오드 양단전압(VF) 을 측정하고 그에 따른 전류를 구한다. VF = 12V IF (mA) 9) 위의 전류값 (IF)이 나오는 이유를 아래에 간략히 설명하시오. Fluid Power Design & Control LAB

다이오드의 순방향 V-I 특성 그래프 Fluid Power Design & Control LAB

실험#2-B 제너 다이오드 실험 1. 실험 목적 제너 다이오드의 특성에 대해서 관찰하고 또한 제너 다이오드의 전압 안정기로서 응용해 보고자 한다. 2. 서론 일반적인 저 전력 제너 다이오드에 관해 그 동작 특성을 실험하고 순방향 및 역방향 바이어스 상태에서 기능을 관찰 한다. 제너 다이오드를 전압 안정기로서 사용하는 실험을 한다. 또한, 입력 전압과 부하 변화에 대한 보상 회로의 기능을 보여 준다. Fluid Power Design & Control LAB

3. 관련 이론 제너 다이오드 특성 제너 다이오드 특성 곡선은 일반 다이오드와 특성이 같으나 특이할 만한 것은 VZ전 압을 이용한다는 점이다. 그림에서 보는 것과 같이 다이오드의 역방향 바이어스에 대해 일정 전압(VZ)에서 전류를 잘 흘려 주어 하나의 전원 역할을 하는 것과 같다. Fluid Power Design & Control LAB

3. 관련 이론 전원 변화에 따른 제너 다이오드 동작점 변화 R E VZ 그림에서 E를 변화 시켜 가며 IZ를 관찰 할 때 VZ 에서 조금 못 미치는 점에서 부터 서 서히 전류가 증가한다. 그리고 E > VZ인 부분에서는 전류는 급작스럽게 증가한다. E<VZ인 부분에서는 다이오드 역전압은 E와 거의 같다.(다이오드는 OFF상태) E > VZ인 부분에서는 E가 변화 하여도 다이오드 전압은 항상 VZ를 유지 한다. (입력 전압 변화를 보상하는데 이용가치가 있음) E R VZ Fluid Power Design & Control LAB

3. 관련 이론 부하저항에 따른 제너 다이오드 특성 변화 RL증가, IL감소, IZ증가 RL감소, IL증가, IZ감소 Vi 정전압이 유지되는 RL의 범위가 있다.Rmin, Rmax 범위내에서는 VL = VZ가 성립 Vi VZ RL감소 RL증가 RLmin RLmax VL 동작점 정전압이 유지되는 제너 다이오드에 흐르는 전류(IZ)는 최소치와 최대치가 있다. IR = IL + IZ IZ Fluid Power Design & Control LAB

3. 관련 이론 제너 다이오드 이용한 간단한 정전압 회로 Vi < VZ 일때, 그림 A)과 같이 다이오드에 역바이어스가 걸려 다이오드는 off된다. 그때의 VL = (RLVi) / (RL+R) 이다. ( 전압 분배 ) Vi >VZ일때 그림 B)과 같이 다이오드는 전원 역활을 한다. VL = VZ IZ = IR - IL IL = VL / RL IR = VR / R = (Vi - VL) / R A) B) Fluid Power Design & Control LAB

4. 실험 순서 1) 그림 3-1 회로를 꾸민다. 2) 저항 R1을 조정하여 입력전압(Vin)을 변화시켜가며 전압계로 다이오드의 전압이 일정치로 유지되는 전압 측정 (우측 아래 표 기록) 다이오드 전압 : 제너 전압 (VZ) 5.1V (1N4733) 허용 오차 10% 3) 입력 전압을 15V로 하였을때 다이오드 전압 측정 회로도 다이오드 전류 : 2mA - 5mA 입력 전압 : 약 6V 입력 전압 (Vin) V 다이오드 전압 (Vz) 다이오드 전류 (Iz) 6 V 다이오드 전압 : 제너 전압 5.1V (1N4733) 허용 오차 ±10% 10 V 다이오드 전류 : 40mA - 45mA 제너 다이오드의 적은 전압 변화에 대해서 전류 변화는 제너 영역에서 광범위하게 변화하고 있음을 알 수 있다. 입력 전압 : 약 15V Fluid Power Design & Control LAB

4. 실험 순서 4) 그림 3-1 회로의 가변저항(R1) 을 조정 하여 입력전압(Vin)을 12V로 조정 후 다이오드에 병렬로 부하저항(RL)을 연결 한다. (1K ~ 100 ) 5) 이때, 부하 전압(VL)측정 6) 저항(470 , 220 , 100 )에 대해 4) 5)를 반복한다. (아래 표에 기록) 제너 안정기의 부하 저항이 감소 하면 부하 전류는 비례 하여 증가 하며 제너 전류를 그 결과 비례한 량 만큼 감소 한다. 제너 전류가 충분하게 유지 되는 한 항복 범위에서 동작이 계속되 고 상대 적인 일정한 부하 전압을 공급 한다. 부하 저항(OHMS) 대체적인 부하전류( mA ) 출력 전압 (VL) (VOLTS) OPEN(NO LOAD) 1000 470 330 100 Fluid Power Design & Control LAB

실험#2-C NPP, PNP 트랜지스트 실험 1. 실험 목적 2. 서론 NPN 과 PNP 형 트랜지스터의 동작 원리를 익히고, 간단한 스위칭 작용을 이용하여 LED를 점멸 하여, TR의 스위칭 작용을 이해한다. 2. 서론 TR (Transistor) 는 회로내에서 크게 증폭작용과 스위칭 작용에 이용된다. 증폭작용은 보통의 경우 아날로그(Analog)회로에서 이용되며, 스위칭(Switching)작용은 디지털 (Digital) 회로내에서 사용되는 것이 일반적이다. Fluid Power Design & Control LAB

NPN, PNP 트랜지스트 실험 3. TR 스위칭 실험 Fluid Power Design & Control LAB 그림 4 -1 NPN TR C945 의B, C, E 단자는 다음과 같다. 1) 가변저항(R1)을 시계방향으로 완전히 돌린 후 위의 그림 4-1과 같이 회로를 구성한다. ( 회로가 완성된 후 LED는 발광하지 않아야 함.) 2) 가변저항 (R1)을 반 시계방향으로 천천히 돌리면서 LED의 발광 여부를 주시한다. 3) LED가 밝게 켜지는 최소 입력전압(Vin)은 얼마이며, 그 이유는? Vin = ( ) Volt 4) 저항 R2 (2k Ω)는 회로 내에서 어떤 역할을 하는가? 아래에 간단히 설명하여라. Fluid Power Design & Control LAB

4. 광 트랜지스터 실험 그림 4 -4 광 트랜지스터 외형 심볼 그림 4 -2 Q1 D1 그림 4 -3 1) 그림 4-1과 광트랜지스터를 이용하여 그림 4-4와 같이 회로를 구성한다. (Photo TR의 단자에 주의하며, LED (D1)와 광 트랜지스터는 마주 보고 1.5~2cm 정도의 거리를 둔다. (그림 4-3)) 2) LED (D1)와 광 트랜지스터 사이에 방해물이 없을 때 LED (D2)가 점등되고 사이를 가려 빛 을 차단하면 LED (D2)는 꺼진다. 이때, 각각의 경우에서 Vin 전압을 측정하여라. 3) 위와 같이 광 트랜지스터를 이용하여 응용할 수 있는 시스템의 예를 두 가지 이상 드시오. LED가 꺼졌을 때 LED가 켜졌을 때 Vin (Volt) Fluid Power Design & Control LAB