실험 8. 다이오드의 응용

필요장비 인터페이스 750 + 전원 어댑터 + 연결 케이블 전압센서(2개) AC/DC Electronic Lab. 바나나 플러그 패치코드

필요장비 멀티미터 저항(1KΩ, 10 Ω, 330 Ω ) 축전기(100μF) 다이오드(LEDs)

실험 8: 다이오드의 응용(1) 배경 다이오드는 전압이 인가 되었을 때 전류를 한 쪽 방향으로만 흐르도록 하는 특성을 가지고 있는 전기장치이다. 전압의 극이 반대이거나 혹은 너무 낮은 경우에는 다이오드를 통해서 전류가 흐를 수 없다. 다이오드는 교류 전류를 직류로 바꾸는데 사용될 수 있다. 즉 교류전류의 정류기로 사용될 수 있다. 또한, 축전기로 정류된 전류를 다듬으면 다이오드는 Power Supply로 사용될 수도 있다. 할 일 인터페이스 750이 제공하는 교류 전류를 다이오드와 저항으로 이루어진 회로를 사용하여 정류한다. 또한 이 회로를 확장하여 다이오드를 사용하여 Power Supply회로를 구성하여 본다.

실험 8: 다이오드의 응용(2) (Unit 3) Rectifier 실험 준비 ① 인터페이스 750을 컴퓨터에 연결하고 인터페이스 750과 컴퓨터를 켠다 ② 바나나 플러그의 한쪽 끝을 인터페이스의 출력 포트에 오른쪽 그림과 같이 연결한다. ③ 전압센서 두 개를 각각 인터페이스의 Analog 채널 A와 B에 연결한다.

실험 8: 다이오드의 응용(3) 1N4007 다이오드 (회색띠가 왼쪽) 1KΩ 저항 검정색 빨간색 ④ 1N4007다이오드와 1K Ω의 저항을 오른 쪽 그림과 같이 직렬로 연결한다. (다이오드는 하얀색 띠가 있는 쪽이 왼쪽을 향하도록 연결) (실험 4와 같은 회로) 빨간색 전선 인터페이스 750 전원 검정색 빨간색 검정색

실험 8: 다이오드의 응용(4) ⑤ Data Studio프로그램을 시작한다. ⑥ Open Activity에서 파일 ‘P54 Rectifier.ds’ 파일을 읽어 들인다. ⑦ Setup버튼을 누르면 아래와 같은 창이 열린다. 전압센서(Voltage Sensor)의 아이콘이 두 개 있어야 한다. 만약 그렇지 않다면 오른 쪽과 같은 방법을 사용하여 센서를 추가해 주어야 한다. 전압센서 추가하기 ① 전압 센서를 추가할 채널을 마우스로 클릭한다 ② 오른 쪽과 같은 센서 선택창이 나타나면 Voltage Sensor를 선택하고 OK버튼을 누른다

실험 8: 다이오드의 응용(5) ⑧ Setup 창에 나타난 인터페이스 750 그림의 전원 출력 포트 부분을 마우스로 클릭하면 아래와 같이 Signal Generator창이 나타난다. ⑨ Signal Generator 창에 값을 위의 그림과 같이 세트한다. 파형: Sine Wave 전압: 3.0V Freq: 40.0 Hz Sample Rate: 5000Hz

끌어놓기 실험 8: 다이오드의 응용(6) ⑩ Voltage Scope창에 Voltage, ChA(V)를 추가한다. Offset 값을 모두 0으로 세팅 끌어놓기

실험 8: 다이오드의 응용(7) Transfer 버튼 데이터 측정(1N-4007) ① Start버튼을 눌러서 데이터 측정을 시작한다. ② 오른 쪽 그림과 같이 화면에 파형이 생기면 측정을 종료 한다. ③ 데이터분석을 위해서 Scope창에 있는 그래프의 데이터를 Summary패널의 데이터 항목으로 이동(Transfer)시킨다. 데이터 Transfer 방법 Summary패널에 있는 항목을 선택하고 Scope창에 있는 tool바에서 Transfer버튼을 누르면 Scope창에 있는 그래프의 데이터를 데이터 항목(Summary 패널에서 작은 연필이 그려져 있는 아이콘)으로 받아 낼 수 있다.

실험 8: 다이오드의 응용(8) ④ 데이터를 이동 시켰으면 데이터 항목의 이름을 ChA의 데이터를 Diode Voltage ChB의 데이터를 Resistor Voltage, Output의 데이터를 Output Voltage라고 이름을 바꾼다. 마우스로 끌어놓기 다이오드 전압 (Diode Voltage) 저항기 전압 (Resistor Voltage) ⑤ 다이오드의 전압과 저항기의 전압을 한 눈에 비교하기 위하여 Data패널에 있는 데이터 항목(Transfer한)을 마우스로 끌어서 Display패널의 Graph에 붙여 넣는다. (처음에 Diode Voltage를 Graph로 끌어 놓고, 다시 Resistor Voltage 항목을 끌어서 같은 Diode Voltage그래프에 겹쳐 놓으면 두 그래프가 오른 쪽의 그림과 같이 하나의 창에 그려진다) ⑥ 앞에서 행한 실험에서 1N-4007 다이오드를 빨간색 LED로 교체하고 ①~⑤의 과정을 반복한다. (Unit 3) Rectifier 끝

실험 8: 다이오드의 응용(9) (Unit 4) Power Supply 준비 ① 채널 A에 연결된 전압센서를 제거하고 Setup 창에서 채널 A의 센서 아이콘을 제거한다. (센서 아이콘 제거 법: 센서 아이콘을 마우스로 클릭하여 선택하고 키보드의 Del키를 누른다.) ② Signal Generator에서 Frequency를 60Hz로 수정한다.

실험 8: 다이오드의 응용(10) 실험 준비(Single Diode) ① 오른쪽의 그림과 같이 회로를 구성한다. (Rectifier에서 사용한 회로와 동일 단 저항만 330Ω으로 교체한다. (다이오드: 1N-4007, 저항: 330 Ω) 데이터 측정 (Single Diode) ① Start버튼을 눌러서 데이터를 측정한다. ② Scope창에 그래프가 그려진 것을 확인 한 후 측정을 종료한다. ③ 앞에서와 같은 방법을 사용하여 Scope창에 있는 ChB 데이터를 Transfer하고 데이터 이름을 ‘Rectified Voltage’라고 수정한다.

실험 8: 다이오드의 응용(11) 실험 준비(Diode & Capacitor) ① 오른쪽의 그림과 같이 회로를 구성한다. (Single Diode에서 축전기를 저항기에 축전기를 병렬로 연결). (다이오드: 1N-4007, 축전기: 100μF, 저항: 330 Ω) 데이터 측정 (Dido & Capacitor) ① Start버튼을 눌러서 데이터를 측정한다. ② Scope창에 그래프가 그려진 것을 확인 한 후 측정을 종료한다. ③ 앞에서와 같은 방법을 사용하여 Scope창에 있는 ChB 데이터를 Transfer하고 데이터 이름을 ‘Filtered Voltage’라고 수정한다.

실험 8: 다이오드의 응용(12) 실험 준비(Diode, Capacitor & Load) 330Ω 10Ω 100 μF ① 오른쪽의 그림과 같이 회로를 구성한다. (Diode & Capacitor의 회로에 10Ω 저항을 병렬로 추가). (다이오드: 1N-4007, 축전기: 100μF, 저항: 330Ω, 10Ω) 데이터 측정 (Dido, Capacitor & Load) ① Start버튼을 눌러서 데이터를 측정한다. ② Scope창에 그래프가 그려진 것을 확인 한 후 측정을 종료한다. ③ 앞에서와 같은 방법을 사용하여 Scope창에 있는 ChB 데이터를 Transfer하고 데이터 이름을 ‘Load Resistor’라고 수정한다.

실험 8: 다이오드의 응용(13) 데이터 분석 (single Diode, Diode & Capacitor, Diode, Capacitor & Load) 지금까지 측정한 세 종류의 데이터를 분석하기 위하여 다음과 같이 데이터를 하나의 그래프에 나타낸다. ① Data 패널의 ‘Rectified Voltage’데이터를 마우스로 끌어서 Display패널의 Graph에 붙여 넣는다. ② 그래프를 마우스로 더블클릭 한 후 오른쪽의 창이 나타나면 Layout탭에서 Do Not Group을 선택

실험 8: 다이오드의 응용(14) ③ Filtered Voltage 데이터와 Load Resistor 데이터를 차례대로 앞의 그래프로 끌어 놓는다.

실험 8: 다이오드의 응용(15) ①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮ Ω 실험 준비(4 Diodes) ① 오른쪽의 그림과 같이 회로를 구성한다. (네 개의 다이오드를 그림과 같은 방향으로 연결하고 그 사이를 330 Ω 저항으로 연결한다). (다이오드: 1N-4007, 저항: 330Ω,) 1N-4007 전선 330Ω 전선

실험 8: 다이오드의 응용(16) 데이터 측정 (4 Diodes) ① Start버튼을 눌러서 데이터를 측정한다. ② Scope창에 그래프가 그려진 것을 확인 한 후 측정을 종료한다. ③ 앞에서와 같은 방법을 사용하여 Scope창에 있는 ChB 데이터를 Transfer하고 데이터 이름을 ‘Fully Rectified Voltage’라고 수정한다.

실험 8: 다이오드의 응용(17) 실험 준비(4 Diodes & Capacitor) ① 앞의 4Diodes회로에 100 μF 축전기를 병렬로 연결한다. (다이오드: 1N-4007, 축전기: 100μF, 저항: 330Ω) 데이터 측정 (4 Diodes & Capacitor) ① Start버튼을 눌러서 데이터를 측정한다. ② Scope창에 그래프가 그려진 것을 확인 한 후 측정을 종료한다. ③ 앞에서와 같은 방법을 사용하여 Scope창에 있는 ChB 데이터를 Transfer하고 데이터 이름을 ‘Filtered Full Rectified’라고 수정한다.

실험 8: 다이오드의 응용(18) 실험 준비(4 Diodes, Capacitor & Load) ① 앞의 회로에 다시 10 Ω의 저항을 330 Ω저항, 축전기와 함께 병렬로 연결한다. (다이오드: 1N-4007, 축전기: 100μF, 저항: 330Ω, 10 Ω) 데이터 측정 (4 Diodes & Capacitor) ① Start버튼을 눌러서 데이터를 측정한다. ② Scope창에 그래프가 그려진 것을 확인 한 후 측정을 종료한다. ③ 앞에서와 같은 방법을 사용하여 Scope창에 있는 ChB 데이터를 Transfer하고 데이터 이름을 ‘Load Resistor V’라고 수정한다.

실험 8: 다이오드의 응용(19) 데이터 분석 (4 Diodes, 4 Diodes & Capacitor, 4 Diodes, Capacitor & Load) 지금까지 측정한 4개의 다이오드를 사용하는 세 종류의 데이터를 분석하기 위하여, 앞에서 한 개의 다이오드에 대한 세 개의 데이터의 그래프를 하나의 그래프에 나타낸것과 같은 방법을 사용하여 ‘Fully Rectified Voltage’, ’Filtered Fully Rectified Voltage’, ‘Load Resistor V’의 데이터를 하나의 그래프 창에 나타낸다.

실험 8: 다이오드의 응용(20) 모든 데이터를 한 눈에 옆의 그림은 하나의 창에 한 개의 다이오드를 사용한 3가지 실험과 네 개의 다이오드를 사용한 3가지 실험의 결과로서 저항에 걸리는 전압의 그래프를 비교할 수 있도록 그린 것이다. 위의 세 개의 그래프가 사용한 실험이고 아래 세 개의 그래프가 사용한 실험이다. 그 효과를 비교해 보라. (Unit 4) Power Supply 끝

실험 8: 다이오드의 응용(21) 실험 결과물 제출 다음의 질문에 각자의 의견을 기술하라 ① Unit 3의 실험에서 다이오드의 전압과, 저항기의 저항은 Sine wave 입력전압과 비교했을 때 어떤 차이점이 있는가? ② Unit 3의 실험에서 다이오드를 LED로 교체 했을 때 다이오드의 전압과 저항기의 전압은 어떻게 변화 했는가? ③ Unit 4의 첫번째(한 개의 다이오드 사용) 실험에서 축전기가 저항기에 병렬로 연결되었을 때 다이오드의 전압의 모양이 어떻게 변했는가를 적고 왜 축전기를 필터라고 부르는지 이유를 기술하라. ④ Unit 4의 첫번째(한 개의 다이오드 사용) 실험에서 10Ω 저항이 축전기, 330Ω 저항에병렬로 연결되었을 때 다이오드의 전압은 어떻게 변했는가? ⑤ Unit 4의 두번째(네 개의 다이오드 사용)에서 다이오드 4개를 사용했을 때 다이오드 한 개를 사용한 첫 번째 경우와 저항기의 전압은 어떻게 달라졌는가?

실험 8: 다이오드의 응용(22) 실험 결과물 제출(계속) ⑥ 네 개의 다이오드를 사용한 실험에서 축전기가 330Ω 저항에 병렬로 연결 되었을 때 전압에 어떤 변화가 있었는가 기술하라. 한 개의 다이오드에 축전기를 사용한 경우와 비교하여 모양이 어떻게 달라졌는가? ⑦ 네 개의 다이오드를 사용한 실험에서 10Ω 저항이 축전기와 기존의 330 Ω의 저항에 병렬로 연결 되었을 때 전압에 어떤 변화가 생겼는지 기술하라. 또, 한 개의 다이오드를 사용한 경우와 비교하여 모양이 어떻게 달라졌는가? ⑦ 하나의 창에 각 팀이 실험하여 얻은 저항기에 걸리는 6개의 전압의 그래프(한 개의 다이오드 실험의 결과로서 3개의 그래프 + 네 개의 다이오드 실험의 결과로서의 3개의 그래프)를 그리고 화면 캡쳐하여 제출하라 실험 8. 다이오드의 응용 끝