PART7반도체 기본회로
실험목적
- 1.다이오드 및 제너 다이오드에 대한 특성을 알아본다.
- 2.정류회로 및 필터회로의 특성에 대해 이해할 수 있다.
- 3.트랜지스터 특성에 대해 이해할 수 있다.
- 4.FET/SCR/UJT 특성에 대해 이해할 수 있다.
- 5.LED 특성에 대해 이해할 수 있다.
실험 1 :다이오드 특성
이론
반도체 다이오드는 한쪽 방향으로는 전류를 잘 통과시키지만 반대 방향으로는 거의 전류를 통과시키지 않는다. 이것은 순방향 저항은 낮은 반면에 역방향 저항은 매우 높기 때문이다. 모든 반도체 다이오드는 대체적으로 단방향적 특성을 가지고 있다.
① 순방향 전류
그림 7-2 (a)와 같이 전원을 pn접합 다이오드의 p형쪽에 +극을 n형쪽에 대하여 -극을 연결할 때 순방향전압(forward voltage) 또는 순방향 바이어스(bias)가 걸려있다고 말한다. 이 때 다이오드를 통하여 큰 전류 즉, 순방향 전류 (forward current)가 흐른다. 이는 p영역의 hole이 n영역으로, n영역의 전자가 p영역으로 활발히 흐름으로 인해 p영역에서 n영역으로 큰 전류가 흐르게 된다.
② 역방향 전류
그림 7-2 (b)와 같이 pn접합 다이오드에 외부전압이 n형쪽에 +, p형쪽에 -가 되도록 가해질 때 역방향전압(reverse voltage) 또는 역방향 바이어스(bias)가 걸렸다고 말한다. 이때 다이오드를 통해 극히 미약한 전류 즉, 역포화전류(reverse saturation current)가 n영역에서 p영역으로 흐른다. 이 전류는 낮은 역방향전압에서 쉽게 최대치에 도달하며 역방향 전압을 높여도 그 이상 더 커지지 않으므로 역포화전류라고 부른다.
다이오드의 전류식
이상적인 다이오드에 흐르는 전류는 다음과 같이 표시된다.
위식에서 VT = T / 11,600(상온에서 26mV), T는 절대온도, IS는 역포화전류이고 n는 Ge에 대해서는 1, Si에 대해서는 2의 값을 가지는 정수이다. 위 식에서 보면 V=0이면 I=0이 되고 V > 0.1V인 경우 I ≅ Is에 의해 I는 지수적으로 증가하고 V < -0.1V인 경우 로 포화상태가 된다. 그림 7-3는 접합 다이오드의 v-i특성을 나타내며, 그림 (b)는 Germanium 다이오드와 Silicon 다이오드의 v-i특성을 나타낸 것이다. 이 그림 (b)에서 Si 다이오드는 약 0.7V, Ge 다이오드에서는 약 0.2V 이상에서 전류가 급격히 증가함을 볼 수 있다. 이 전압을 다이오드의 cutin 전압 또는 문턱전압(threshold voltage)이라고 한다.
실험 과정
1. 다이오드의 순방향전류와 역방향 전류의 특성을 실험하기 위해 M07의 block a를 사용한다.
2. Si 다이오드의 순방향전류를 측정하기 위해 별도의 디지털 멀티 미터(전류계)를 연결하고, 그림 7-4 (a)와 같은 회로를 구성한다.
- VR1을 조정하여 표 7-1과 같이 입력전압을 변화시키면서, 순방향전류(IF)와 D1 양단의 전압을 측정하여 기록한다.
3. Si 다이오드의 역방향 전류를 측정하기 위해 역시 디지털 멀티 미터(전류계)를 연결하고 그림 7-4 (b)와 같이 회로를 구성한다. VR1을 조정하여 표 7-1과 같이 입력전압을 변화시키면서 역방향 전류(IR)를 측정하여 기록한다.
tab1실험 7-1.1 다이오드 직류특성 측정 (M07의 block a에서 그림 7-4과 같이 회로를 구성한다.)
R1= 1kΩ일 때
1.1. 결선방법(M07의 block a)
1.회로 결선
block a에서 R1 좌측단자와 VR1 센터(중간) 단자 간을 황색선으로 연결한다.
2.전원 결선
M07 보드의 Variable Power V1 단자와 block a의 VR1 위 단자 간을 적색선으로 연결하고, COM 단자와 접지 간을 흑색선으로 연결한다.
3.계측기 결선
전류계 결선
별도의 Digital Multimeter의 전류 측정 기능을 사용하여 측정한다.
Diode에 흐르는 전류 IF 측정 : block a의 SW1 우측 단자에 Digital Multimeter의 적색선을 연결하고, 다이오드 D1 위 단자에 흑색선을 연결한다.
전압계 결선
입력 전압측정 : block a에서 저항 R1의 좌측 단자와 전면패널 Signal Input CH A의 A+ 단자 간을 적색선으로 연결하고, 접지 단자 와 A- 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
Diode 양단 전압 VD 측정 : block a에서 다이오드 D1의 위 단자와 전면패널 Signal Input CH B의 B+ 단자 간을 적색선으로 연결하고, 접지 단자 와 Low 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
2.결선도
flash
3.측정방법
- R1= 1kΩ일 때 순방향 특성
1Touch LCD 패널의 좌측 메뉴에서 variable power를 클릭하고, 3 CH DC 탭을 선택한다.DC Voltage 1에서 오른쪽의 를 클릭하여 가 되도록 설정한다.
을 클릭하여 DC 10V의 출력을 Block a 입력에 가한다.
- 2Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서 analog input를 선택하고 Voltage & Ampere Meter 탭을 클릭한다.
CH A, CH B 각각의 , , 를 클릭한다.
- 3VR1을 조정하여 표 7-1과 같이 입력전압을 변화시키면서, 별도 Digital Multimeter에서 지시되는 순방향 전류값 IF과 Voltage & Ampere Meter 측정되는 입력전압(CH A)과 다이오드 양단의 전압(CH B)VD을 표 7-1에 기록한다.
- 4측정이 끝나면 을 클릭하여 출력을 차단한다.
- R1= 1kΩ일 때 역방향 특성
5Touch LCD 패널의 좌측 메뉴에서 variable power를 클릭하고, 3 CH DC 탭을 선택한다.DC Voltage 1에서 오른쪽의 를 클릭하여 가 되도록 설정한다.
를 클릭하여 –10V 가 되도록 한다.
을 클릭하여 DC -10V의 출력을 Block a 입력에 가한다.
- 6입력전압을 표 7-1의 전압 -VD 와 같이 변화시키면서 별도 Digital Multimeter에서 지시되는 역방향 전류값I F과 Voltage & Ampere Meter에서 측정되는 입력전압(CH A)과 다이오드 양단의 역방향 전압 -VD(CH B)을 표 7-1에 기록한다.
- 7측정이 끝나면 을 클릭하여 출력을 차단한다.
R2=470Ω일 때
1.1. 결선방법(M07의 block a)
1.회로 결선
block a에서 R2 좌측단자와 VR1 센터(중간) 단자 간을 황색선으로 연결한다.
2.전원 결선은 R1=1kΩ 일 때 >1. 결선 방법과 같다.
3.계측기 결선은 R1=1kΩ 일 때 >1. 결선 방법과 같다.
2.결선도
flash
3.측정방법
- 1R1=1kΩ 일 때>1. 측정 방법과 동일하며 순방향 특성 및 역방향 특성 측정값은 표 7-1에 기록한다.
- 2측정이 끝나면 을 클릭하여 출력을 차단한다.
실험 결과 보고서
1. 실험 결과표
2. 검토 및 정리
1) Si 다이오드 순방향 특성 측정시 입력전압이 10V인 경우 R1(1kΩ) 일 때와 R2(470Ω) 일 때 각각 흐르는 전류를 계산하고, Si 다이오드에 흐르는 전류 IF와 비교하시오
2) 벌크 저항이란 무엇이며 위 실험에서 벌크 저항을 구하여라.
3) 표 7-1의 측정값을 이용하여 다이오드의 순방향 특성 곡선을 그린다.
(역방향 )