본문내용
1. 실험 개요와 이론
1.1. 다이오드의 기본 특성
다이오드는 반도체 소자 중 가장 기본적인 부품이다. 다이오드는 P형 반도체와 N형 반도체의 접합으로 이루어져 있으며, 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 특성을 가지고 있다.
다이오드에는 아노드(anode)와 캐소드(cathode)라는 두 개의 전극이 있다. 전류는 아노드에서 캐소드 방향으로만 흐를 수 있으며, 캐소드 측에는 가는 띠로 방향표시가 되어 있다.
다이오드에 순방향 전압이 걸리면 전류가 잘 흐르지만, 역방향 전압이 걸리면 거의 전류가 흐르지 않는다. 순방향으로 도통할 때 다이오드 양단에는 일정 수준의 전압강하가 발생하는데, 소신호 다이오드의 경우 약 0.7V, 큰 용량의 다이오드는 1V 이상의 전압강하가 나타난다. 이 전압강하에 전류를 곱하면 다이오드 내부에서 열로 소모되는 전력을 알 수 있다. 전류가 커지면 열 발생량도 증가하므로 다이오드가 견딜 수 있는 전류 한계가 있게 된다.
이처럼 다이오드는 순방향과 역방향에서 매우 다른 특성을 보인다. 순방향에서는 낮은 저항으로 전류가 잘 흐르지만, 역방향에서는 높은 저항으로 전류가 거의 흐르지 않는다. 이러한 특성을 이용하여 다이오드는 정류, 검파, 스위칭 등 다양한 전자회로에서 활용된다.
1.2. 다이오드의 검사
디지털 멀티미터에는 다이오드의 순방향 전압을 측정하는 기능들이 대부분 내장되어 있다. 디지털 멀티미터는 순방향과 역방향을 바이어스 시킬 전압을 인가하는데, 디지털 멀티미터마다 변할 순 있으나, 약 2.5~3.5V 정도 인가한다. 순방향 전압을 측정하는 테스트는 순방향 바이어스에 전압을 인가하여 다이오드에 인가되는 전압을 측정한다. 다이오드가 양호하면, 0.5~0.9V정도 측정이되고, 보통 0.7V이다. 반대로 역방향 바이어스일 때는 항복전압 이하에서는 전류가 거의 흐르지 않은 것을 이용하여, 측정되지 않는 것을 확인하는 시험을 한다. 그래서 표시는 0.L로 표시된다. 다이오드가 고장으로 단락되었다면, 순방향 바이어스와 역방향 바이어스에서 전압이 모두 0.000V로 표시될 것이다. 고장이 아니라면, 위에 시험에서와 같이 역방향 바이어스에서 0.L로 표시되어야 한다. 또한 고장으로 다이오드가 개방되었다면, 순방향 바이어스와 역방향 바이어스 모두 0.L로 표시될 것이다.
1.3. 발광다이오드(LED)
발광다이오드(LED)는 순방향으로 도통할 때 빛을 내는 다이오드이다. LED의 외관은 두 개의 다리 중 어느 한쪽이 길다. 다리가 긴 쪽이 아노드이고 짧은 쪽이 캐소드이다. 즉 순방향 도통 시에는 다리가 긴 쪽에서 짧은 쪽으로 전류가 흐른다. LED에는 노란색, 빨간색, 녹색, 파란색 등 다양한 색상이 있다. 일반적으로 흔히 사용되는 LED의 사용 전류 범위는 20~40mA 정도이고 도통 시 순방향 전압강하가 1.5V ~ 2.5V 가량 되어 일반 다이오드보다 크다. 그 이외에는 일반 다이오드와 같은 특성을 갖는 것으로 간주할 수 있다."
1.4. 다이오드 회로의 부하선과 동작점
회로 안에 다이오드가 있으면 다이오드에 흐르는 전류와 전압은 어떻게 구할 수 있을까? 그림 4에서 Vs와 직렬저항 R로 이루어진 회로는 그 자체로 테브난의 등가회로와 같은 형태를 띠고 있다. 이런 간단한 회로가 아닌 경우에도 전체 회로 안에서 다이오드를 제외한 나머지 부분 전체, 즉 다이오드 입장에서 본 a와 b단자 사이의 회로를 이와 같은 형태의 등가회로로 나타낼 수 있다(그림 5).
여기에 다이오드 대신 저항과 같은 간단한 소자가 접속되어 있다면 그때 a와 b 사이에 나타나는 전압 v와 전류 i를 간단한 수식의 형태로 표현할 수 있고 또 이로부터 그들의 값을 쉽게 결정할 수 있다. 그러나 다이오...
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