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1. 전자회로실습
1.1. 제너다이오드
1.1.1. 실험 목적
제너다이오드의 역방향 바이어스에 대한 실험 목적은 제너다이오드에 흐르는 전류에 대한 역방향 바이어스가 미치는 영향을 측정하고 전압-전류 특성을 결정하는 것이다. 제너다이오드에 순방향 바이어스를 가하면 정류 다이오드와 같은 동작을 하며, 역방향 바이어스 상태에서는 제너 전압에 도달하면 전류가 급격히 증가하는 특성을 보인다. 이를 통해 제너다이오드의 전압 조정 기능을 확인할 수 있다.
1.1.2. 실험준비물
Power Supply, Digital Multimeter, Bread board, 고정저항 (500[Ω] 1개, 3.3[kΩ] 1개), Si 제너 다이오드 1개(1N4140)이다. 실제실험은 고정전하(498.2[Ω], 3.27[kΩ]), Si 다이오드(0.7059[ V])로 진행되었다.
1.1.3. 실험과정
1.1.3.1. 역방향 바이어스
역방향 바이어스 실험
제너다이오드에 역방향 바이어스가 가해질 때, 전류는 매우 작은 양만이 흐르다가 일정 전압에 도달하면 급격히 증가한다. 이는 제너다이오드의 핵심 특성으로, 전압 조정기나 전압 안정화 회로에서 활용된다.
실험 회로도에서 전원 전압 Vdc를 점차 증가시키면, 출력 전압 Vout은 처음에는 Vdc와 같은 값을 유지하다가 일정 전압에 도달하면 그 전압 값을 유지하게 된다. 이때의 전압이 제너 전압 Vz이며, 이후 Vdc가 더 증가해도 Vout은 Vz로 일정하게 유지된다.
제너전압에 도달하기 전, Vout은 Vdc와 동일한 값을 나타내므로 제너다이오드에는 사실상 전류가 흐르지 않는다. 하지만 제너전압을 넘어서면 전류 Iz가 급격히 증가하게 된다. 이때의 저항 Rz를 계산하면 매우 큰 값을 가지다가 제너전압 도달 후에는 급격히 작아짐을 알 수 있다.
실험 결과에서 볼 수 있듯이, Vdc가 0V에서 5.2V까지 증가할 때 Vout은 0V에서 5V까지 선형적으로 증가하다가 14.2V에서 제너전압 5V에 도달하면 더 이상 증가하지 않고 일정한 값을 유지한다. 이에 따라 Iz는 0에서 18.132mA로 급격히 증가하며, Rz는 5102.6kΩ에서 275.9Ω으로 감소한다.
이를 통해 제너다이오드의 역방향 동작 특성을 확인할 수 있다. 역방향 바이어스 하에서 제너다이오드는 일정 전압에 도달하면 전류가 급증하는 특성을 보이며, 이러한 특성이 전압 조정 및 안정화 회로에서 유용하게 활용된다고 할 수 있다.
1.1.3.2. 순방향 바이어스
순방향 바이어스 실험회로는 전원의 양극을 제너다이오드의 양극에, 음극을 제너다이오드의 음극에 연결하여 구성한다. 이때 제너다이오드는 정방향으로 바이어스가 인가된다. 정방향 바이어스 상태에서 제너다이오드는 일반 다이오드와 동일한 동작을 한다. 즉, 순방향 전압강하가 약 0.7V 정도가 발생하며 이때의 전류는 매우 큰 값을 갖는다. 순방향 바이어스 실험에서는 전압을 서서히 증가시켜 가면서 출력전압과 전류를 측정한다. 측정 결과 출력전압은 약 0...
