제 3주차 [예비 레포트] 실험 2.

다이오드 특성

1. 실험의 목적

- 실리콘과 게르마늄 다이오드의 특성을 익힌다

2. 실험장비

(1) 계측장비

DMM

(2) 부품

◇ 저항

1 ㏀ (1개)

1 ㏁ (1개)

◇ 다이오드

Si (1개)

Ge (1개)

(3) 공급기

직류 전원 공급기

(4) 기타

히트 건

3. 이론 개요

오늘날 대부분의 DMM은 다이오드의 상태를 결정하는데 사용될 수 있다. 이장비는 순방향과 역방향 바이어스 영에 있어서 다이오드 상태를 나타낼 수 있는 다이오드 기호를 가지고 있다. 순방향 바이어스로 연결되면 멀티미터는 2mA 근처의 전류에서 다이오드에 나타나는 순방향 전압을 표시하게 될 것이다. 역방향 바이어스로 연결되면 이 역역에서 종종 개방회로임을 보여주는 OL이 디스플레이 상에 나타난다. 만약 멀티미터가 다이오드 상태를 검사할 수 있는 기능이 없다면 다이오드의 상태는 순방향과 역방향 바이어스 영역에서 저항을 측정함으로서 가능하다. 다이오드를 검사하기 위한 2가지 방법을 본 실험에서 다룬다.

Si이나 Ge 다이오드의 특성은 일반적으로 그림 2-1에 나타낸 일반적인 모양을 가진다. 수직과 수평축의 눈금의 변화에 주목하라. 역방향 바이어스 영역에서 역포화 전류는 0V에서 제너전위까지 거의 일정하다. 순방향 바이어스 영역에서 전류는 다이오드 전압이 증가함에 따라 급격히 증가한다. 곡선이 1V 이하의 순방향 바이어스 전압에서 거의 수직으로 증가하는 것에 주목하라. 순방향 바이어스 다이오드 전류는 오로지 다이오드가 연결된 네트워크나 최대전류 또는 다이오드의 정격전력에 의해 제한된다.

점화 전위 또는 문턱전압은 곡선에 접하는 직선(그림 2-1의 파선)의 연장으로 수평축에서 만나는 점에서 결정된다. VD축과의 교차점이 바로 문턱전압 VT이다. 특성곡선의 어떤 점에서 다이오드의 DC 또는 정저항의 식 (2.1)과 같이 그 점에서 다이오드 전압과 전류의 비로 결정된다.

[eqn: R_{DC} = { V_{D} } over { I_{D}}ohms] --- (2.1)

특정한 다이오드 전류나 전압에서 AC 저항은 그림 2-2에서 보여진 것과 같이 그려진 접선을 사용하여 결정될 수 있다. 전압(△V)과 전류(△I)변화량이 결정되고 다음 식으로 나타내진다.

[eqn: r _{d} = {TRIANGLE V} over {TRIANGLE I} `ohms] --- (2.2)

특히 특성의 수직 상승 영역에서 다이오드의 AC 저항은 미분학을 이용하여 다음 식으로 나타내진다.

[eqn: r _{d} = {26"mV"} over { I_{D}} `ohms &] --- (2.3)

특성곡선의 knee 부위 이하의 전류 범위에서 Si 다이오드의 AC 저항은 다음 식으로 근사화 된다.

[eqn: r _{d} =2( {26"mV"} over {I _{D}} )`ohms &] --- (2.4)

5. 실험 순서

1) 다이오드 테스트

● 다이오드 테스트 스케일 - 다이오드의 상태를 결정하는데 사용된다. 순방향 역방향 바이어스를 걸어서 내부적으로 단락이 되었는지 접합이 올바르게 되었는지 테스팅을 하여 다이오드의 상태가 양호한지 확인한다.

● 저항 스케일 - VOM 또는 DMM을 통해 Si 이나 Ge 다이오드 순방향 역방향 저항 레벨을 결정하여 순방향 역방향 바이어스일 때 저항 레벨의 상태를 확인한다.

2) 순방향 바이어스 다이오드 특성

그림처럼 회로를 구성한 다음 저항기에 측정된 저항 값을 기록한다. 전압공급기에 전압을 서서히 증가를 시켜 DMM을 통해 VD를 측정하여 기록한 후 그림 2-5에 특성을 기록한다. (Si 와 Ge 각각을 측정한 후 데이터를 계산 및 기록한다)

3) 역방향 바이어스

그림2-6처럼 역방향 바이어스 상태 회로도를 구성하고 R값을 측정하여 기록한다. 이때의 VR을 측정하여 역포화 전류를 계산한다. Si다이오드를 Ge 다이오드로 바꿔서 순서를 반복하고 그 결과치를 비교한다. DC 저항치를 계산한다.

4) DC 저항

그림 2-5의 Si 곡선을 사용하여 표2.5에 나타낸 다이오드 전압을 결정하여 DC저항을 결정하라

Ge에 대해 그 순서를 반복하고 표를 완성하라.

5) AC 저항

각 조건에서 계산치를 구하시오

6) 점화전위

이론개요에서 정의된 것 같이 다이오드 특성으로부터 각 다이오도의 점화전위(문턱전압)를 도식적으로 결정하라

7) 온도영향 (시범)

Si 다이오드를 이용하여 그림 2-4의 회로를 재구성하고 VR을 1V로 조정하여 전류가 약 1mV로 되게 하라. 열총으로 다이오드를 가열했을 때 다이오드에 걸리는 전압치를 기록하고 온도의 변화에따라 다이오드에 미치는 영향을 설명하라.