제 1 장 집적회로 개요

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사라 섭
6 years ago
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1 실험 #2-A 반도체다이오드의특성실험 1. 실험목적 다이오드의특성에대해조사한다. 2. 서론 모든반도체다이오드는단향적특성을가지고있다. 순방향저항은매우낮은반면에역방향저항은매우높기때문이다. 다이오드에대한전압대전류의곡선을그려가며구체적으로그특성을조사한다.

2 3. 관련이론 다이오드내부저항 V D V D V T r D Ideal diode I D I D 다이오드의순방향저항 ( 평균저항 = V d 의변화량 / I d 의변화량 ) 은대단히낮아서그값은수 Ω 에서수백 Ω 정도된다. 따라서전류를잘흘려주게된다. 역방향저항은 100 KΩ 이상이고높은경우수 MΩ 정도의무한대에가깝다. 따라서전류는거의흐르지않는다.

3 3. 관련이론 a) 그림과같이다이오드가 Ideal 할때는 0V 에서무한대의전류를흘려주고 0V 보다작을때는전류를흘려주지않는다. Ideal 다이오드에서문턱전압 (VT) 을고려한다면 b) 그림과같고, 문턱전압과내부저항 (rav) 를고려한다면 c) 그림과같다.

4 3. 관련이론 역방향대순방향저항비역방향대순방향저항비 (R R / R F ) 는다이오드가얼마나순방향으로전류를잘흐르게하고또역방향으로얼마나전류를차단하는가를나타낸다. R R / R F 의비가클수록좋고 Si다이오드와 Ge다이오드를비교하면 Si다이오드가크다 계기의내부저항영향 다이오드의순방향저항이나역방향저항은저항계의측정범위의변화에따라계기의 내부저항이변화하므로측정되는저항값이다르게나타날수있다.

5 Si 다이오드와 Ge 다이오드특성곡선비교 그림에서보는것과같이, 순방향특성에서 Ge다이오드의문턱전압은 0.8V정도이고, Si다이오드의문턱전압은 0.7V정도로나타난다. 역방향특성에서, Ge다이오드의누설전류의크기가 Si다이오드누설전류보다크다. 정류소자로서다이오드특성은 Ideal 다이오드특성에가까울수록좋다. 실제로는정류소자로서는 Si다이오드가좋다. 실제로정류소자로서는 Si다이오드를대부분사용한다.

6 4. 실험순서 1) 그림 1-1 회로를구성한다. 1N4007 다이오드 2) 전압계를사용하여 R2 양단의전압 (V2) 이 0.1V 가되게하여다이오드전류가 0.1mA 가되게하고다이오드의전압 (VF) 을측정한다. 3) 다이오드전류가아래표와같이되게하고, 다이오드전압을측정한다 IF (ma) VF (V)

7 4. 실험순서 4) 다이오드를통과하는전류가증가함에따라 LED 가밝아짐을확인한다. 5) 실험순서 3) 에서구한표를이용하여 V-I 특성곡선을그린다. 6) LED 가완전히꺼질때까지가변저항을돌린후다이오드방향을바꿔끼운다. 7) 다이오드양단전압 (VF) 을 0V 에서 12V 까지서서히증가시켜다이오드의역바이어스전압이 12V 가되게한다. LED 가켜지는가? 아니오 8) 전압계를이용하여다이오드양단전압 (VF) 을측정하고그에따른전류를구한다. VF = 12V IF (ma) 0 9) 위의전류값 (IF) 이나오는이유를아래에간략히설명하시오. 역방향바이어스전압에는전류가흐를수없기때문.

8 다이오드의순방향 V-I 특성측정예

9 실험 #2-B 제너다이오드실험 1. 실험목적 제너다이오드의특성에대해서관찰하고또한제너다이오드의전압안정기로서응용해보고자한다. 2. 서론 일반적인저전력제너다이오드에관해그동작특성을실험하고순방향및역방향바이어스상태에서기능을관찰한다. 제너다이오드를전압안정기로서사용하는실험을한다. 또한, 입력전압과부하변화에대한보상회로의기능을보여준다.

10 3. 관련이론 제너다이오드특성 제너다이오드특성곡선은일반다이오드와특성이같으나특이할만한것은 V Z 전압을이용한다는점이다. 그림에서보는것과같이다이오드의역방향바이어스에대해일정전압 (V Z ) 에서전류를잘흘려주어하나의전원역할을하는것과같다.

11 3. 관련이론 전원변화에따른제너다이오드동작점변화 R E E V Z 그림에서 E를변화시켜가며 I Z 를관찰할때 V Z 에서조금못미치는점에서부터서서히전류가증가한다. 그리고 E > V Z 인부분에서는전류는급작스럽게증가한다. E<V Z 인부분에서는다이오드역전압은 E와거의같다.( 다이오드는 OFF상태 ) E > V Z 인부분에서는 E가변화하여도다이오드전압은항상 V Z 를유지한다. ( 입력전압변화를보상하는데이용가치가있음 )

12 3. 관련이론 부하저항에따른제너다이오드특성변화 V L 동작점 Vi V Z I Z R L 감소 V Z R L 증가 R Lmin R Lmax I R = I L + I Z R L 증가, I L 감소, I Z 증가 R L 감소, I L 증가, I Z 감소 정전압이유지되는제너다이오드에흐르는전류 (I Z ) 는최소치와최대치가있다. 정전압이유지되는 R L 의범위가있다.Rmin, Rmax 범위내에서는 V L = V Z 가성립

13 3. 관련이론 제너다이오드이용한간단한정전압회로 A) B) V i < V Z 일때, 그림 A) 과같이다이오드에역바이어스가걸려다이오드는 off된다. 그때의 V L = (R L V i ) / (R L +R) 이다. ( 전압분배 ) V i >V Z 일때그림 B) 과같이다이오드는전원역활을한다. V L = V Z I Z = I R - I L I L = V L / R L I R = V R / R = (V i - V L ) / R

14 4. 실험순서 1) 그림 3-1 회로를꾸민다. 2) 저항 R1 을조정하여입력전압 (Vin) 을 변화시켜가며전압계로다이오드의 전압이일정치로유지되는전압측정 ( 우측아래표기록 ) 다이오드전압 : 제너전압 (VZ) 5.1V (1N4733) 허용오차 10% 3) 입력전압을 15V 로하였을때 다이오드전압측정 다이오드전류 : 2mA - 5mA 다이오드전압 : 제너전압 5.1V (1N4733) 허용오차 ±10% 다이오드전류 : 40mA - 45mA 입력전압 : 약 15V 입력전압 : 약 5.5V - 6V 입력전압 (Vin) V 6 V 10 V 다이오드전압 (Vz) 5.12V 5.25V 다이오드전류 (Iz) 4.36mA 23.9mA 제너다이오드의적은전압변화에대해서전류변화는제너 영역에서광범위하게변화하고있음을알수있다. 회로도

15 4. 실험순서 4) 그림 3-1 회로의가변저항 (R1) 을조정 하여입력전압 (Vin) 을 12V 로조정후 다이오드에병렬로부하저항 (RL) 을 연결한다. (1KΩ ~ 100 Ω) 5) 이때, 부하전압 (V L ) 측정 6) 저항 (470 Ω, 220 Ω, 100 Ω) 에 대해 4) 5) 를반복한다. ( 아래표에기록 ) 부하저항 (OHMS) OPEN(NO LOAD) 대체적인부하전류 ( ma ) 출력전압 (VL) (VOLTS) 제너안정기의부하저항이감소하면부하전류는비례하여증가하며제너전류를그결과비례한량만큼감소한다. 제너전류가충분하게유지되는한항복범위에서동작이계속되고상대적인일정한부하전압을공급한다.

16 실험 #2-C NPP, PNP 트랜지스트실험 1. 실험목적 NPN 과 PNP 형트랜지스터의동작원리를익히고, 간단한스위칭작용을이용하여 LED 를점멸하여, TR 의스위칭작용을이해한다. 2. 서론 TR (Transistor) 는회로내에서크게증폭작용과스위칭작용에이용된다. 증폭작용은 보통의경우아날로그 (Analog) 회로에서이용되며, 스위칭 (Switching) 작용은디지털 (Digital) 회로내에서사용되는것이일반적이다.

17 NPN, PNP 트랜지스트실험 3. TR 스위칭실험 NPN TR C945 의 B, C, E 단자는다음과같다. 그림 4-1 1) 가변저항 (R1) 을시계방향으로완전히돌린후위의그림 4-1과같이회로를구성한다. ( 회로가완성된후 LED는발광하지않아야함.) 2) 가변저항 (R1) 을반시계방향으로천천히돌리면서 LED의발광여부를주시한다. 3) LED가밝게켜지는최소입력전압 (Vin) 은얼마이며, 그이유는? Vin = ( 0.7 ) Volt 순방향바이어스문턱전압이 0.7V이기때문. 4) 저항 R2 (2k Ω) 는회로내에서어떤역할을하는가? 아래에간단히설명하여라. 부하전압을조절하여 LED와트랜지스터의과부하를방지함.

18 4. 광트랜지스터실험 광트랜지스터 Q1 D1 외형심볼 그림 4-2 그림 4-3 그림 4-4 1) 그림 4-1과광트랜지스터를이용하여그림 4-4와같이회로를구성한다. (Photo TR의단자에주의하며, LED (D1) 와광트랜지스터는마주보고 1.5~2cm 정도의거리를둔다. ( 그림 4-3)) 2) LED (D1) 와광트랜지스터사이에방해물이없을때 LED (D2) 가점등되고사이를가려빛을차단하면 LED (D2) 는꺼진다. 이때, 각각의경우에서 Vin 전압을측정하여라. LED가꺼졌을때 LED가켜졌을때 Vin (Volt) ) 위와같이광트랜지스터를이용하여응용할수있는시스템의예를두가지이상드시오. 도어가열릴때신호음발생장치, 레이다스케너의회전각측정장치.

실험 5

실험 5 실험. OP Amp 의기초회로 Inverting Amplifier OP amp 를이용한아래와같은 inverting amplifier 회로를고려해본다. ( 그림 ) Inverting amplifier 위의회로에서 OP amp의 입력단자는 + 입력단자와동일한그라운드전압, 즉 0V를유지한다. 또한 OP amp 입력단자로흘러들어가는전류는 0 이므로, 저항에흐르는전류는다음과같다.