[전자 5장] 발광 다이오드(LED) 및 제너(Zener) 다이오드 결과레포트학번: 이름:1. 실험 결과 및 오차 원인본 실험은 발광 다이오드 및 제너 다이오드를 이용해 간단한 회로를 만들고, 그에 따른 출력 값을 확인하고 발광 다이오드와 제너 다이오드의 특성을 이해하는 실험이다.실험 결과를 쓰기에 앞서 실험에서 사용된 저항들의 측정값은 다음과 같다.첫 번째 실험은 LED 동작 실험이다. 공급 전압에 대한 각 전압 및 전류 값을 측정하는 실험으로, 발광다이오드의 임계전압과 발광 다이오드의 특성곡선을 유도할 수 있는 실험이다.왼쪽 그림과 같은 회로를 설계한 후, 공급전압()을 0V에서 5V로 1V씩 증가시켰을 때 발광 다이오드에 걸리는 전압, 전류, 저항에 걸리는 전압을 DMM을 이용해 측정하는 실험이다. 실험에 사용한 LED 다이오드는 빨간색 다이오드이고, 임계 전압 이론값은 1.8V라고 두고 값들을 구하였다. 실험을 통해 다이오드에 걸리는 전압을 측정하기 위해 를 아주 조금씩 올렸을 때 LED 다이오드에 정확히 불빛이 들어오기 시작한 때는 이론값과 동일하게 1.8V임을 확인할 수 있었다.그래서 가 임계전압 1.8V를 넘어선 2V일 때부터 다이오드가 off(단락)되어 전류가 흐름을 실험을 통해 확인할 수 있다. 또 공급전압을 5V까지 올렸을 때 약 2.4V로 전압이 수렴함을 확인하였다. 공급전압 를 5V까지 증가시켰을 때 다이오드 전압과 저항에 걸리는 전압들의 오차 원인은 실험에 사용한 저항값의 차이와 다이오드 자체의 전압이 이론값과 달랐기 때문이다.위 측정값과 이론값을 V-I 특성곡선 그래프로 나타내면 왼쪽 그림과 같이 나온다.이론값은 임계전압 1.8V에서 가파르게 상승하는 이상적인 특성곡선을 그리며 이에 반해 측정값 그래프는 덜 가파르지만 똑같이 1.8V에서부터 크게 상승한 것을 알 수 있다.왼쪽 그림과 같은 회로를 구성하고 LED가 어떻게 동작하며 은 몇 V가 되는지 예상하는 실험(1-③)을 진행하였는데 상단, 하단 다이오드라고 구분한다면 상단 다이오드는 ON, 하단 다이오드는 OFF 상태가 되기 때문에 회로는 전체적으로 봤을 때 OPEN 즉 아래에서 끊어져 에 전류가 흐르지 않아 0V가 될 것으로 예상을 했다. 또 회로가 전체적으로 끊어진 상태이기 때문에 LED 다이오드가 동작을 하지 않을 것이라고 예상했다.실험 결과 예상과 동일하게 LED 다이오드는 동작을 하지 않았고 =0V임을 확인했다.두 번째 실험은 제너 다이오드의 동작 실험이다. 첫 번째 실험과 같이 공급 전압에 대한 각 전압 및 전류값을 측정하는 실험으로, 제너 다이오드의 특성을 이해할 수 있는 실험이다.왼쪽 그림과 같은 회로를 설계한 후, 공급전압을 0V에서 15V로 증가시켰을 때 제너 다이오드에 걸리는 전압과, 전류, 저항에 걸리는 전압을 DMM을 이용해 측정하는 실험이다. 실험에 사용한 제너 다이오드의 임계전압 이론값은 5V이다. 원래는 15V까지 공급전압 를 증가시켜서 실험을 진행해야 하는데 너무 많은 전류가 흘러 전원공급기에 CC가 떠서 제너 다이오드가 파괴될 수 있다고 판단하여 CC가 뜨지 않는 9V까지만 측정하였다.이론적으로 전류는 제너 다이오드의 임계전압 5V를 넘은 후부터 급격히 증가하게 되는데 측정값 역시 5V를 지나 6V에서 급격히 상승함을 확인할 수 있다. 또 실험에서 제너 다이오드를 역방향으로 연결해주었기 때문에 전압과 전류에 음의 부호가 붙게 된다.오차는 거의 나지 않고 이론값과 상당히 유사한 값이 나왔는데 약간의 오차는 회로 구성에 사용된 저항의 이론값, 측정값 미세한 차이가 조그마한 결과값의 차이를 만들어낸 것 같다.제너 다이오드 회로 특성곡선은 왼쪽 그림과 같이 나타나는데 빨간선이 이론값 그리고 검은선이 측정값의 특성곡선이다.이론값과 측정값 결과가 유사하게 나왔음을 특성곡선을 통해 확인이 가능하다.(2-④)에서 제어 전압 의 평균값은 4V~9V의 범위에서 계산하였다.(2-⑤)에서 제너 다이오드의 평균 저항도 마찬가지로 4V~9V의 범위에서 계산하였는데 식은 다음과 같다.세 번째 실험은 제너 다이오드 전압 조정기 실험이다.왼쪽 그림과 같은 회로를 설계한 후, 15V 직류 전원을 공급한다. 제너 다이오드와 병렬로 연결된 저항을 과 으로 바꿔서 실험을 하였다.표 5-3 제너 다이오드 회로 상태 (표 5-4 제너 다이오드 회로 상태 (1kΩ을 사용하였을 때 은 이론값과 동일한 값인 10.1V가 측정되었고 이에 따라 도 이론값과 거의 동일한 4.6V가 측정되었다.3.3kΩ을 사용하였을 때 , 역시 이론값과 거의 동일한 값이 측정되었고 저항을 높였더니 전류가 대부분 제너 다이오드 쪽으로 흐르는 것을 확인할 수 있었다.제너 다이오드의 특성을 이용해 전압 조정기를 설계할 수 있다는 것을 실험을 통해 알 수 있었고 이론값에 대해 약간의 오차가 발생한 원인은 회로 구성에 사용된 저항 소자들의 이론값에 대한 측정값에 오차 그리고 제너 다이오드 이론, 측정값에 오차가 있기 때문이다.네 번째 실험은 제너다이오드와 발광다이오드를 같이 사용하는 실험으로 발광 다이오드와 제너 다이오드를 동시에 동작시키는데 필요한 최소 전압을 결정하는 실험이다.왼쪽 그림과 같은 회로를 설계한 후, 발광 다이오드가 발광하는 순간의 전압 및 전류 값을 측정한다. 빛의 세기는 전류에 비례하므로 발광하는 순간의 전류는 매우 작다. 따라서 빛의 세기가 매우 작으므로 발광하는 순간을 잘 포착해서 측정해야 한다.=3mA라고 하고 를 구한 것이 이론값이고 직접 측정한 결과 아래 표와 같은 이론값과 유사한 값이 측정되었다.만약 을 3mA가 아닌 더 큰 값을 사용했다면 소자가 파괴되거나 높은 전압을 요구하게 되는데 라고 가정하고 값을 계산해보면 , 라는 큰 전압을 공급해줘야만 한다.따라서 작은 전류 값을 이용하여 측정해야 한다.위 회로에서 저항 330Ω을 사용한 이유를 알아보기 위해 3.3kΩ을 사용했을 때의 측정값과 한번 비교해보았다.V로 전압이 커져 많은 전류가 흐르게 되므로 비교적 작은 330Ω이라는 값의 저항을 사용했음을 확인했다.측정값과 이론값에 오차가 생긴 이유는 회로에서 사용한 제너 다이오드 그리고 저항, 발광 다이오드의 측정값들이 이론값과 약간의 오차가 있었기 때문이다.
