본문내용
1. 기초회로실험
1.1. 실험 목적
전압을 변화시켜 옴의 법칙이 성립하는지 확인하고, 반도체 다이오드의 순방향과 역방향 특성을 측정하여 그 특성을 확인하며, Kirchhoff 법칙을 이용하여 여러 개의 저항과 전압이 연결된 회로를 분석하는 것이 이번 기초회로실험의 목적이다.
제공된 문서를 토대로 옴의 법칙과 다이오드의 순방향 및 역방향 특성, Kirchhoff 법칙을 실험을 통해 확인하였다. 실험을 통해 전압이 변화함에 따라 전류가 변화하는 옴의 법칙이 성립함을 확인하였고, 다이오드의 경우 순방향으로는 전류가 잘 흐르지만 역방향으로는 전류가 거의 흐르지 않는 특성을 보였다. 또한 Kirchhoff 법칙을 이용하여 여러 개의 저항과 전압이 연결된 회로를 분석한 결과, 계산값과 실험값이 대체로 일치하여 Kirchhoff 법칙이 성립함을 확인하였다. 이를 통해 전기회로의 기본 원리와 다이오드의 특성을 심도 있게 이해할 수 있었다. []
1.2. 관련 이론
도선에 흐르는 전류 I는 도선 양단에 걸어 준 전압 V에 비례한다. 이때 V와 I간의 비례상수가 저항 R 값인데, 이 저항은 상수로서 도선의 성질에 따라 다르다. 예를 들어 길이가 L이고 단면적이 A인 도선이 있을 때 이 도선에 걸리는 저항 R은 R=ρL/A 이다. 여기서 ρ는 비저항으로써 물질의 전기적 특성을 나타내는 상수로 물질마다 다르다. 그래서 이 저항 R 값은 전류의 흐름을 방해하는 값이고 전압에 비례하고 전류에 반비례한 V=IR인 관계를 가지게 된다. 이 관계를 옴의 법칙이라고 한다.
하지만 이런 옴의 법칙은 반도체나 초전도체 물질에서는 적용되지 않고 전압의 크기에 의존한다. 이런 옴의 법칙이 성립되지 않는 대표적인 예로는 다이오드가 있다. 다이오드란 반도체의 부품으로 쓰이는 것으로 보통 전류를 한쪽 방향으로만 보내고 싶을 때 쓰인다. 이는 다이오드의 특성을 반영한 것인데, 다이오드는 순방향으로는 전류가 흐르지만 역방향으로는 전류가 거의 흐르지 않기 때문이다. 이는 다이오드가 n형 반도체라는 부분과 p형 반도체라는 부분으로 이루어졌기 때문이다. 만약 다이오드가 역방향이 되면 n형 반도체 부분은 낮은 전위의 (-)로, p형 반도체 부분은 높은 전위의 (+)로 끌려가게 된다. 그래서 이 두 부분 사이에는 전에는 없던 전자가 없는 빈공간이 생기게 되는데, 이 부분을 결핍층이라고 부른다. 이 결핍층은 전자가 없어 전기가 흐르지 않는 절연체 역할을 하게 되므로 다이오드에서 역방향이 되면 전류가 거의 흐르지 않게 되는 것이다.
1.3. 실험 방법
A. 다이오드 특성 실험
그림1 과 그림2를 참조하여 브래드보드에 저항 R(100옴)과 다이오드를 직렬로 연결한다. 이후 순방향으로 전압 v를 인가한다. 그림3과 같이 디지털 멀티미터를 사용하여 저항과 다이오드에 걸리는 전압 및 회로에 흐르는 전류 I를 측정한다. 전압 v의 크기를 0.3V,0.5V,0.7V,1V,2V.3V,4V,5V로 바꿔가며 위 과정을 반복하여 문턱전압을 찾는다. 다이오드의 역방향으로 전압 V를 1V,2V,3V,4V,5V로 바꿔가며 위 실험을 반복한다.
B. 키르히호프(Kirchhoff)의 법칙 실험
일반물리학 실험 교재 167쪽을 참조하여 회로를 구성한다. 멀티미터를 이용하여 각 저항에 걸리는 전압과 흐르는 전류를 측정한다. 이론값(키르히호프의 법칙으로 계산)과 측정값을 비교한다.
1.4. 실험 결과
전압을 단계적으로 높여가며 순방향 다이오드의 전압과 전류를 측정한 결과, 전압이 증가함에 따라 전류도 증가하는 것을...
1
2
3
4
5
6
7