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1. 실험 목적
직렬 및 병렬 다이오드 구조 실험의 목적은 직렬 또는 병렬 다이오드 구조의 회로를 해석하고, 다양한 다이오드 회로의 회로 전압을 계산하고 측정하는 것이다.
직렬 회로에서는 전류가 흐르는 길이 하나이므로 회로 상에 흐르는 전류는 일정하다. 하지만 각 저항 당 걸리는 전압 값이 다르다. 저항이 클수록 전압이 커지며, 전압과 저항은 비례한다. 병렬 회로에서는 전류가 흐르는 길이 나뉘지만 저항을 통과하기 위해 가해지는 전압은 일정하다. 하지만 저항 값이 다르므로 전압이 가해지면 전류의 값 역시 달라진다. 전압이 같기 때문에 전류와 저항이 서로 반비례한다.
브리지 회로는 전류가 병렬 연결된 전기 전도체로 분리되고 회로망이 둘러싼 도체에 재결합하는 전기 회로의 한 종류이다. 브리지 회로는 일반적으로 측정 목적으로 사용되지만, 전원 장치에도 사용될 수 있다. 브리지 회로를 이해하려면 키르히호프의 법칙을 미리 알고 있어야 한다.
키르히호프의 전기회로 법칙은 전기회로에 있어서 전압이나 전류를 구하기 위한 법칙이다. 키르히호프의 전류 법칙에 따르면 회로 내의 어떤 지점에서든지 들러온 전류합과 나가는 전류합은 같다. 키르히호프의 전압 법칙에 따르면 임의의 닫힌회로를 따라 한 바퀴 돌 때 그 회로의 기전력의 총합은 각 저항에 의한 전압 강하의 총합과 같다.
논리 게이트는 디지털 회로를 만드는데 있어 가장 기본적인 요소이다. AND 게이트는 논리적으로 "and" 연산자처럼 동작하며, 두 개의 입력이 모두 "High"이면 출력도 "High"가 된다.
이번 실험을 통해 다양한 다이오드 회로의 해석 방법을 익히고, 이론적인 계산 결과와 실측 결과를 비교하여 회로 동작을 이해할 수 있을 것이다.
2. 이론
2.1. 직렬 회로의 전압 분배
직렬 회로에서는 동일한 전류가 각 저항을 통과하므로 각 저항에 걸리는 전압은 상이하다. 이는 저항의 크기에 비례하여 전압이 분배되기 때문이다. 즉, 저항이 클수록 그 저항에 걸리는 전압이 크게 된다. 따라서 전체 전압은 각 저항에 걸리는 전압의 합과 같다. 저항값이 R1, R2, R3일 때, 각 저항에 걸리는 전압 V1, V2, V3는 다음과 같이 나타낼 수 있다. V1 = I × R1, V2 = I × R2, V3 = I × R3. 전류 I는 모든 저항에서 동일하므로, 각 저항에 걸리는 전압은 해당 저항의 크기에 비례한다. 따라서 직렬 회로에서는 전류가 일정하지만 각 저항에 걸리는 전압은 상이하다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 직렬 회로의 전압 분배 원리는 다이오드 회로 등 다양한 전자 회로의 해석에 활용된다. ()
2.2. 다이오드의 특성
다이오드는 전기 회로에서 중요한 역할을 한다. 다이오드는 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 능동 소자이다. 다이오드에는 실리콘(Si) 다이오드와 게르마늄(Ge) 다이오드가 있다. 실리콘 다이오드의 문턱전압은 약 0.7V이고, 게르마늄 다이오드의 문턱전압은 약 0.3V이다. 따라서 실리콘 다이오드에는 0.7V 이상의 전압이 걸려야 전류가 흐르지만, 게르마늄 다이오드에는 0.3V 이상의 전압이 걸려야 전류가 흐르게 된다. 다이오드의 이러한 특성은 회로 분석과 설계에 중요한 영향을 미친다. 다이오드의 전압강하와 전류 방향성은 회로의 동작을 결정하는데, 이를 고려하여 다이오드를 활용하면 회로의 효과적인 설계가 가능하다. 특히 정류기, 스위칭 회로, 논리 게이트 등 다양한 응용 분야에서 다이오드의 특성을 활용할 수 있다. 따라서 다이오드의 특성을 정확히 이해하고 활용하는 것이 전자 회로 설계 및 분석에 매우 중요하다.
2.3. 키르히호프의 법칙
키르히호프의 법칙은 전기회로에 있어서 전압이나 전류를 구하기 위한 법칙이다. 구스타프 키르히호프가 19세기에 정립하였으며, 이는 전하량 보존과 에너지 보존과 관계가 있다.
키르히호프의 법칙은 두 가지로, 제1법칙은 전류의 법칙이고 제2법칙은 전압의 법칙이다. 제1법칙 전류의 법칙(Kirchhoff's Current Law, KCL)에 따르면 회로 내의 어떤 지점에서든지 들어온 전류의 합과 나간 전류의 합은 같다. 제2법칙 전압의 법칙(Kirchhoff's Voltage Law, KVL)에 따르면 임의의 닫힌 회로를 따라 한 바퀴 돌 때 그 회로의 기전력의 총합은 각 ...
