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1. 실험 개요
1.1. 다이오드 특성 실험
다이오드는 반도체 소자 중 가장 기본적인 부품이다. 본 실험에서는 다이오드의 전압-전류특성을 실측을 통해 확인하고, 다이오드가 사용된 회로에서 부하선의 개념을 이해하도록 한다. 또한 측정과정에서 오실로스코프의 X-Y 모드 사용법을 숙달하며 LED를 사용하여 회로 구성과정에서 간단한 납땜 연습을 행한다.
실험 1에서는 아날로그 테스터와 디지털 테스터를 사용하여 주어진 다이오드를 검사한다. 정방향에서 측정한 결과, DMM의 다이오드 체크 기능을 이용했을 때 다이오드에 걸리는 전압강하값이 측정되었다. 반면 역방향에서 측정했을 때에는 Overload Indication를 표시하며 측정이 불가능했는데, 이를 통해 해당 다이오드가 정상적으로 동작함을 확인할 수 있었다.
실험 2에서는 LED를 대상으로 실험 1을 반복했다. 정방향에서 측정 시 LED에 걸리는 전압만큼의 크기가 측정되었고, 역방향에서는 OL이 표시되었다. 이는 일반적인 LED의 전압강하 특성과 일치한다. 또한 검사 과정에서 LED가 점등되는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 다이오드 체크 기능의 원리, 즉 측정 대상 다이오드에 전류를 인가하여 양단의 전압을 측정하는 방식 때문이다.
실험 3에서는 그림 4의 회로를 만능기판 상에 구성한다. 전압을 0V에서 20V 부근까지 점진적으로 올리면서 다이오드 양단의 전압과 전류를 기록한다. 이 결과에 따르면 다이오드의 정방향에서는 약 0.7V의 전압강하를 보이다가 그 이후 전압이 증가함에 따라 전류가 급격히 증가하는 특성을 확인할 수 있었다. 반면 역방향에서는 다이오드가 동작하지 않아 회로가 개방된 상태로, 입력전압과 다이오드 양단전압이 동일한 수치를 나타냈고 전류는 흐르지 않았다.
실험 4와 5에서는 실험 3과 동일한 방식으로 LED에 대해 전압-전류 특성을 측정했다. LED의 경우 다이오드와 달리 정방향에서 약 2V의 전압강하를 보였으며, 그 이후 전류가 급격히 증가하는 특성을 확인했다. 역방향에서는 다이오드와 마찬가지로 전압이 가해져도 전류가 거의 흐르지 않았다.
이번 실험을 통해 다이오드와 LED의 전압-전류 특성을 비교할 수 있었다. 다이오드는 약 0.7V의 낮은 전압강하를 가지는 데 반해, LED는 약 2V의 상대적으로 높은 전압강하를 갖는다. 또한 전류 증가 특성에서도 차이를 보였는데, 다이오드는 전압이 약 0.7V를 넘으면 급격히 전류가 증가하지만 LED는 약 2V 이상의 전압에서 급격히 전류가 증가했다. 이는 두 소자가 서로 다른 동작 원리와 구조적 특성을 가지고 있기 때문이다.
이상의 내용을 종합하면, 본 실험을 통해 다이오드와 LED의 기본적인 전압-전류 특성을 이해할 수 있었다. 이를 바탕으로 다이오드의 정방향 및 역방향 동작 원리와 다양한 응용 회로에서의 사용 방법을 학습할 수 있었다.
1.2. 다이오드 정류회로 실험
다이오드 정류회로 실험에서는 간단한 다이오드 정류회로를 구성하여 그 특성을 측정함으로써 반파정류회로와 브릿지 회로에 의한 전파정류회로에서 다이오드의 정류동작을 이해하고자 하였다.
실험 결과, 먼저 변압기의 1차측 플러그를 100V 전원 플러그에 꽂고 출력전압을 테스트하였다. 다음으로 그림 1의 회로를 만능기판 상에 결선하였는데, 부하저항은 100Ω으로 하였다. 함수발생기에서 Vpp값을 10볼트, 주파수를 60헤르츠로 출력함에 따라 전압의 피크값은 5볼트가 되었다.
플러그를 꽂고 전원스위치를 올린 다음 부하단에 나타나는 출력전압파형을 오실로스코프로 관측한 결과, 실제로 측정된 결과는 전파 정류였으나 본래 의도한 기능은 전파 정류였다. 이러한 잘못된 결과가 생긴 이유로는 음의 부호를 가지는 전원전압이 예정된 경로를 지나가지 못한다고 추측되었다. 즉, 특정 극성의 전압일 때는 정류가 되지 않는 것으로 나타났다. 이때 예상 시뮬레이션에서 전파 전류된 파형의 피크값은 약 8.4볼트였으나 실제로 반파 정류된 파형의 피크값은 약 6볼트 정도였다.
다음으로 위 회로에 330㎌의 커패시터 필터를 삽입하고 다시 출력전압파형을 관측한 결과, 측정된 리플은 약 1볼트였다. 예상 시뮬레이션에서의 리플은 약 1.4볼트였는데, 오차가 큰 편이었다. 이러한 오차의 원인으로는 커패시터의 공칭값이 실제 커패시턴스값과 완벽하게 일치하지 않을 것과 전류가 안정적이지 못하여 리플값이 커졌을 것으로...
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