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1. 한기대 다이오드
1.1. 제너다이오드의 특성 측정
1.1.1. 역방향 바이어스 특성
제너다이오드에 역방향 바이어스를 걸면 전압이 초기에는 작지만 일정 수준 이상이 되면 급격하게 증가하는 특성이 있다. 이는 다이오드의 접합부에서 항복 현상이 발생하기 때문이다. 항복 전압 이상이 되면 다이오드 내부에서 많은 전자-정공 쌍이 생성되어 도통 전류가 크게 증가한다. 따라서 역방향 바이어스 상태에서 다이오드의 전압-전류 특성은 선형적이지 않고 비선형적인 특성을 보인다. 제너다이오드를 역방향 바이어스하면 문턱 전압 이상의 전압에서 일정한 전류가 흐르게 되므로 이를 활용하여 기준 전압원으로 사용할 수 있다. 또한 다이오드의 역방향 바이어스 특성은 입력 신호를 제한하는 클리핑 회로에 적용될 수 있다. 따라서 제너다이오드의 역방향 바이어스 특성은 전자회로에서 다양하게 활용되고 있다.
1.1.2. 순방향 바이어스 특성
순방향 바이어스 시 다이오드에 흐르는 전류는 문턱전압을 넘어서면 급격히 증가하는 특성을 가진다. 실험 결과에 따르면 0.1V에서 전류는 0.01μA이지만 0.6V에서는 591.84μA로 크게 증가하였다. 이는 순방향 바이어스 시 전압 증가에 따라 다수캐리어인 전자가 다이오드의 장벽을 쉽게 넘나들 수 있게 되어 전류가 크게 증가하기 때문이다. 즉, 순방향 전압이 문턱전압을 초과하면 지수함수적으로 전류가 증가하는 특성을 보인다. 이러한 다이오드의 순방향 특성은 정류, 증폭, 스위칭 등 다양한 전자회로에서 널리 활용되고 있다. 또한 순방향 바이어스 시 다이오드의 전압-전류 특성은 일반적으로 V=IR 공식과 달리 선형적이지 않고 지수 함수적인 모습을 띠게 된다. 순방향 바이어스에 따른 다이오드의 다양한 특성은 전자회로 설계에 있어 필수적으로 고려되어야 한다.
1.1.3. 전압-전류 특성곡선 작성
실험을 통해 제너다이오드의 전압-전류 특성곡선을 작성할 수 있다. 제너다이오드에 역방향 바이어스 전압을 점점 증가시키면서 전압-전류 특성을 측정하고, 순방향 바이어스 전압을 점점 증가시키면서 전압-전류 특성을 측정할 수 있다.
실험 결과, 제너다이오드에 역방향 바이어스 전압을 인가하면 일정 전압까지는 전류가 거의 흐르지 않다가 그 이상의 전압에서는 전류가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 제너다이오드가 특정 전압 이상에서 항복 현상이 일어나기 때문이다.
반면 순방향 바이어스 시에는 문턱전압 이상에서 전류가 급격히 증가하는 특성을 보였다. 이는 전자가 p-n 접합을 넘나들면서 전류가 흐르기 때문이다.
이를 종합하여 작성한 제너다이오드의 전압-전류 특성곡선을 보면, 역방향 바이어스 영역과 순방향 바이어스 영역이 명확히 구분되는 것을 확인할 수 있다. 이처럼 제너다이오드는 순방향과 역방향에서 매우 다른 특성을 나타내므로, 이를 활용하여 다양한 전자회로에 적용할 수 있다.
1.2. 제너다이오드의 병렬 전압조정기 활용
제너다이오드는 순방향 바이어스 시 일정 전압만을 유지하는 특성이 있으므로, 이를 활용하여 전압을 일정하게 유지하는 회로인 병렬 전압조정기를 구성할 수 있다.
병렬 전압조정기는 제너다이오드를 부하와 병렬로 연결하는 방식이다. 입력전압이 변동하더라도 제너다이오드의 특성상 출력전압은 일정하게 유지된다. 이는 제너다이오드가 항복전압 이상이 되면 전류를 흘려보내 출력전압을 일정하게 유지하기 때문이다. 따라서 제너다이오드는 정전압 소자로서의 역할을 수행할 수 있다.
실험 결과에 따르면, 입력전압(V_dc)이 16.4V에서 31.1V로 변동하더라도 출력전압(V_OUT)은 약 5.15V로 일정하게 유지되었다. 이때 제너다이오드에 흐르...
