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전자공학실험 : 다이오드와 반파정류

실험보고서(Unit 2. 다이오드와 반파정류)역방향※ 단원목표- 다이오드의 동작원리와 다이오드의 반파 정류에 대해 알아본다.※ 단원 기본 지식■ 다이오드 동작원리- 다이오드 접합의 공핍영역을 통과하여 전류가 흐르기 위해서는 전압을 추가로 걸어줘야 한다. 이러한 공핍영역에 걸리는 여분의 전위차를 장벽전압(전압 장벽)이라고 한다.- 게르마늄 다이오드의 장벽전압은 약 0.3V, 실리콘 다이오드의 장벽전압은 약 0.7V 이다.- P형에 (+)전압 N형에 (-)전압을 걸어준다. 이때 장벽 전압 보다 높은 전압을 걸어주면 공핍영역의 길이는 작아지고, N형에 있던 전자는 P형의 쪽으로 이동한다. 이를 ‘순방향 바이어스’라고 한다.- 이와는 반대로 P형과 N형에 반대의 전압을 걸어주면 공핍영역의 길이는 길어진다. 이때 ‘역방향 바이어스’라고 하며, 전류는 거의 흐르지 않는다.- 다이오드의 장벽전압이상의 전압을 걸어주려면 큰 교류전압이 필요하다. 하지만 교류전압은 (+)극과 (-)극이 계속 변화는 전압이므로, 다이오드의 순방향과 역방향이 계속해서 변화한다. 결국 다이오드는 작동하지 않는다.- 이를 해결하려면 다이오드에 순방향 바이어스 상태를 만들어 줘야 한다.- 교류전압의 반주기(순방향)를 ‘맥동 직류 전압’이라 하고 변화하는 교류전압을 맥동 직류 전압으로 바꿔주는 과정을 ‘반파 정류’라고 한다.실험 1. 다이오드의 직류(DC) 특성▶ 다이오드 직류 특성 곡선(DC character curve)- 오른쪽 부분은 순방향 바이어스- 왼쪽 부분은 역방향 바이어스- 장벽전압 보다 낮은 부분에서도 어느 정도의 소수 전류가 흐른다.=> 0 에서부터 역방향 전압이 증가함에 따라, 매우 작은 ‘누설 전류’가 역방향으로 흐르기 때문이다. 누설전류가 흐르는 이유는 P영역과 N영역에 소수 캐리어가 존재하기 때문이다.- 역방향 바이어스로 전압이 계속 흐르면 ‘항복 전압’에 도달한다.- 항복전압을 넘어서면 ‘최대 순방향 전류’에 도달하게 되는데, 이를 초과하면 다이오드는 파괴될 수 있다.▶ 다이오드를 통과하는 전류값을 계산- 순방향 바이어스된 다이오드(CR2)-R2를 통과하는 전류값 =CR2를 통과하는 전류값 (10V을 인가하였을 때)I _{R2} = {V-장벽전압} over {R} = {10-0.6} over {3.3 TIMES 10 ^{3}} =2.85mA - 전압값을 증가시켜 인가하여도 일정한 값을 얻을 수 있었다.실험 2. 다이오드 반파 정류▶ 다이오드 직류 특성 곡선(DC character curve)- 교류(DC)를 맥동 직류로 변환할 때는 반파 정류를 사용한다.- 반파정류는 다이오드와 저항만으로 만들 수 있다.- 다이오드의 양극이 교류 입력 신호에 연결되었을 때 출력은 (+) 직류 반파 맥동 신호이다.- 다이오드의 음극이 교류 입력 신호에 연결되었을 때 출력은 (-) 직류 반파 맥동 신호이다.

공학/기술| 2015.11.10| 4페이지| 1,000원| 조회(155)

반도체, 다이오드, 전자공학실험, 반파정류, 반파

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전자공학실험 : 반도체에 대한 소개

실험보고서(Unit 1. 반도체에 대한 소개)※ 단원목표- 반도체 다이오드의 직류특성과 SEMICONDUCTOR DEVICE 회로 보드를 통한 작용을 확인한다.※ 단원 기본 지식■ 다이오드- 다이오드(Diode)는 전류를 한 방향(P(+)에서 N(-)방향)으로만 흐르게 하고, 역방향으로 흐르지 못하게 하는 성질을 가진 반도체 소자 혹은 2극 진공관 이다.- 실리콘과 게르마늄으로 만들어진다. 실리콘과 게르마늄은 실온에서 결정이 좋은 도체이거나 부도체이다. 좋은 도체나 부도체를 반도체라고 부른다.■ 다이오드 동작원리- 실리콘에 각각 도핑하여 P형 반도체와 N형 반도체를 접합하게 되면 P형의 정공과 N형의 전자가 접합부에서 결합하여 공핍층(PN Junction)을 생성한다.- 공핍층은 정공이나 전자와 같은 캐리어가 없는 절연영역이며, 통과하는 캐리어의 이동을 방해한다. 이를 통과하기 위해서는 일정 이상의 전압이 필요하며, 이를 전위장벽이라고 한다.일반적으로 실리콘(Si)는 0.7V, 게르마늄(Ge)은 0.3V 가 필요하다.실험 1. 반도체 요소인지▶ 다이오드- 하나의 PN 접합(접합부)이 있다.- 대부분의 다이오드는 실리콘이나 게르마늄으로 만든다.- P형에는 양극, N형에는 음극이라고 부른다.- 음극의 끝에는 색띠나 기호(점)을 씀으로써 극을 구분한다.- 플라스틱, 금속 복합체, 세라믹 등으로 공기중의 먼지로부터 오염되는 것을 막는다.▶ 다이오드 종류? 제너 다이오드 : 일정한 전압을 유지시켜준다. 음극에 Z자 모양의 기호가 붙어있다.? 발광 다이오드 : LED(Light Emitting Diode)라고 부른다.▶ 트랜지스터- 세 개의 단자를 가지고 있다.- FIELD-EFFECT TRANSISTORS, JUNCTION TRANSISTORS 두 개의 종류를 가지고 있다.- 화살표가 있는 쪽 을 에미터(Emitter), 중간 지역을 베이스(Base), 마지막 한 쪽 끝을 컬렉터(Collector) 라고 한다.▶ JUNCTION TRANSISTORS- 3개의 단자를 가지고 있다.- P영역 두 개 사이에 N영역이 하나있는 (PNP 트랜지스터)- N영역 두 개 사이에 P영역이 하나있는 (NPN 트랜지스터)- 화살표의 방향(에미터(E))으로 NPN과 PNP를 구분한다.실험 2. 회로 위치와 인지▶ 반도체 회로 보드- 8개의 회로 블록으로 이루어져 있다.① 다이오드와 반파 정류? 두 개의 저항, 다이오드가 있다.? 다이오드의 극성 전압강하를 보여준다.? 반파 정류회로에서 다이오드의 역할을 보여준다.② POWER SUPPLY 필터가 달린 전파 정류? 전파브리지 정류기(CR1)는 4개의 다이오드가 다이아몬드 모양이다.③ 제너다이오드 레귤레이터? 제너다이오드(CR1)의 전압강하 특성을 보여준다.? 제너다이오드(CR1)가 어떻게 일정한 전압을 주는지 보여준다.④ 다이오드 WAVESHAPING? 클리핑회로와 클램핑회로는 다이오드로 만들어져 있다.? 신호를 정밀하게 하는 역할(WAVESHAPING)을 한다.⑤ VOLTAGE DOUBLE? 두 개의 다이오드와 커패시터가 교류신호를 최대전압의 2배의 직류전압을 출력하는지 보여준다.⑥ TRANSISTOR JUNCTION? NPN트랜지스터와 PNP트랜지스터의 연결로 만들어졌다.? 순방향, 역방향 바이어스 전압 트랜지스터 JUNCTION 회로이다.⑦ PNP DC 바이어스? 트랜지스터를 사용하여 LED의 작동을 확인한다.? 순방향, 역방향으로 연결될 수 있다.⑧ TRANSISTOR LOAD LINES AND GAIN? 에미터 전압, 베이스 전류, 컬렉터 전류의 관계를 보여준다.▶ PNP DC 바이어스- PNP DC 바이어스에서 트랜지스터 Q1는 LED를 켜고 끄는 역할은 한다.그림 (A)그림 (B)그림(A)와 같이 연결할 경우 LED가 꺼진다. 그 이유는 베이스(B)와 이미터(E)와 역방향 바이어스가 연결되어 있다. 다시 말하자면 이는 전자가 이동하지 않는 경우이고, 트렌지스터 Q1이 작동하지 않아 LED에 불이 들어오지 않는다.

공학/기술| 2015.11.10| 5페이지| 1,000원| 조회(131)

반도체, 다이오드, 전자공학실험

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전자공학실험 : 전파 정류와 필터링

실험보고서(Unit 3. 전파 정류와 필터링)※ 단원목표- 전파 정류기(Full-wave rectifier)와 필터링(filtering) 2배 전압 정류기(Voltage double)에 대해 알아보고, 회로 조건을 이용하여 측정과 계산 값 을 비교한다.※ 단원 기본 지식■ 전파 정류기(Full-wave rectifier)- 전파 브리지 정류기(bridge rectifier)를 이용하여 전파 정류한다.- 교류신호(DC)를 맥동 전류 신호(Full-wave rectifier)로 바꿔준다- (+)와 (-)교류 입력 부분을 직류 출력 펄스로 변환한다.=> 전파 브리지 정류기의 직류 펄스의 큰 리플을 감소시켜 부드러운 직류신호로 만들 수 있다.- 리플감소를 위해 커패시터 필터(Capacitor filter)는 빠르게 충전되고 느리게 방전된다.■ 2배 전압 정류기(Voltage double)- 두 쌍의 다이오드와 커패시터로 구성되어있다.- 전파 정류 작용과 직류출력을 교류입력의 첨두전압의 두배가 되도록 작용한다.- 커패시터는 직렬로 연결되어있어 충전된 전하는 출력에 더해진다.실험 1. 전파 다이오드 브리지 정류- 4개의 다이오로 구성되어 있는 전파 브리지 정류 회로이다.- (+) 교류 부분 동안 두 다이오드(D1,D3)와 부하저항(R1)에 전류가 흐른다.- (-) 교류 부분 동안 두 다이오드(D2,D4)와 부하저항(R1)에 전류가 흐른다.※ 전파 정류기에서의V _{o(pk)} (첨두(peak)),V _{r`ms}(rms),V _{avg}(평균) 전압사이의 관계식(V _{F} = 다이오드의 전압강하)- 첨두 출력 전압V _{o(pk)} =V _{i(pk)} `-`2(V _{F} ) (두 개의 다이오드의 순방향 전압강하 때문에)-V _{r`ms} = 0.707 xV _{o(pk)} -V _{avg} = 0.636 xV _{o(pk)}▶ 실험결과1차 코일 전압2차 코일 전압- 변압기의 2차코일은 1차 코일 전압이 승압된 값이다.- 실제 교류입력 파형의 (+),(-)가 직류 펄스로 정류되어 나타났다.- 부하 저항은 교류입력의 극에 상관없이 같은 방향으로 전류가 흐른다.- 전류 정류기의 맥동 직류 출력의 주파수는 교류 입력 주파수의 두 배 이다.실험 2. 파워 서플라이 필터링- 출력단자에 커패시터와 부하저항을 병렬로 연결한 용량성 입력 필터이다.- 필터는 정류(교류->직류)된 직류의 리플을 감소시키기 위해 사용한다.- 커패시터와 부하저항 사이의 충전과 방전이 반복되어 리플이 감소된 직류펄스를 관찰할 수 있다.- 커패시터 필터의 방전시간은 충전시간보다 길고 시간상수에 의존한다.- 시간상수는 RC회로에서tau `=`R TIMES C (R`=`저항,C=`커패시터)이다.- 커패시터와 부하저항값을 하나 혹은 동시에 동시에 증가시키면 리플의 크기는 감소한다.▶ 실험결과- 커패시터와 부하저항으로 이루어진 용량성 입력 필터는 커패시터와 부하저항값에 따라 출력 리플이 증가하고 감소한다.- 커패시터, 부하저항값이 증가하면 리플은 감소하고, 반대 경우일때는 리플이 증가한다.- 이러한 과정을 반복하면 교류로 들어오는 가정용 전기를 전자기기에서는 직류로 받아들여 작동 할 수 있게 한다.실험 3. 2배 전압 정류기- 두 개의 다이오드와 커패시터가 2배 전압 정류기를 만든다.

공학/기술| 2015.11.10| 6페이지| 1,000원| 조회(174)

반도체, 정류, 전자공학실험, 반파정류, 전파정류

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전자공학실험 : 다이오드파형 정형, 제너다이오드 평가A좋아요

실험보고서(Unit 4. 실험1 다이오드파형 정형)(Unit 4. 실험2 제너 다이오드)※ 단원목표- 다이오드 회로를 이용하여 파형 정형 회로, 제너 다이오드의 작동에 대해 설명한다.실험 1. 다이오드 파형 정형■ 리미터(limiters) 혹은 클리퍼(clipper)? 다이오드는0.7V(Si)이상(혹은 이하) 흐르지 않는다고 가정 하였다.? 교류는 (+)와 (-)가 계속 바뀌는 입력이다.- 출처. 전자회로 수업자료- 교류가 입력되었을 때, 회로의 다이오드는 순방향 에서 작동한다.- 다이오드는0.7V이상 흐르지 않으므로, (+)교류입력은0.7V만 흐른다.- 입력이 (-)일 경우에는 다이오드는 역방향이므로, 모든 입력은 부하저항R _{L}로 흐른다.- 입력이 (-)일 경우 부하저항R _{L}에 흐르는 전압은 분배법칙에 따라 결정된다.- 출처. 전자회로 수업자료- 교류가 입력되었을 때, 회로의 다이오드는 역방향에서 작동한다.- 교류입력이 (+)일 경우에 다이오드는 역방향이므로 모든 입력은 부하저항R _{L}에 흐른다.- 다이오드는-0.7V이상 흐르지 않으므로, (-)교류입력은-0.7V만 흐른다.- 교류입력이 (+)일 경우 부하저항R _{L}에 흐르는 전압은 분배법칙에 따라 구할 수 있다.■ 실험 결과- 오실로스코프로 확인한 교류입력 파형- 다이오드는 입력에 대해 순방향이므로, 교류입력의 (+)는0.7V로 출력된다.- 교류입력이 (-)경우에는 다이오드에 흐르지 못하고 부하저항에 흐른다. 이때 의 첨두 전압은 전압분배법칙을 이용하여 구할 수 있다.■ 실험에 결과에 대한 정리- 교류입력은 (+)극과 (-)극이 번갈아 가면서 입력된다. 이에 다이오드의 방향에 따라 전압이 부하저항R _{L}에 흐르는지 혹은 다이오드에 흐르는지 확인한다.- 다이오드의 방향에 따라서 교류입력이 실리콘 다이오드일 경우0.7V로 출력되는 모습을 볼 수 있다.- 리미터는 교류입력을 상하로 제한하는 기능을 수행한다.- 만약 다이오드에 추가적인 전압이 바이어스된 회로의 경우, 교류입력에 대해 추가적인 전압과 다이오드의 합 만큼이 제한되어 출력된다.■ 클램퍼(clamper)? 클램퍼 회로는 커패시터, 저항, 다이오드로 구성된 회로이다.? 다이오드는0.7V(Si)이상(혹은 이하) 흐르지 않는다고 가정 하였다.? 교류는 (+)와 (-)가 계속 바뀌는 입력이다.- 출처. 전자회로 수업자료- 교류가 입력되었을 때, 회로의 다이오드는 순방향 에서 작동한다.- 다이오드는0.7V이상 흐르지 않으므로, (+)교류입력은0.7V만 흐른다.- 입력이 (-)일 경우에는 다이오드는 역방향이므로, 모든 입력은 부하저항R _{L}로 흐른다.이때 커패시터에 저장된 값과 합한 값이 부하저항에 흐르게 된다.- 출처. 전자회로 수업자료- 교류가 입력되었을 때, 회로의 다이오드는 역방향에서 작동한다.- 다이오드는-0.7V이상 흐르지 않으므로, (-)교류입력은-0.7V만 흐른다.- 교류입력이 (+)일 경우에 다이오드는 역방향이므로 모든 입력은 부하저항R _{L}에 흐른다.이때 커패시터에 저장된 값과 합한 값이 부하저항에 흐르게 된다.■ 실험 결과- 오실로스코프로 확인한 교류입력 파형- 다이오드가 순방향으로 연결되었을 때 교류입력의 (+)는0.7V로 출력된다.- 교류입력이 (-)경우에는 다이오드에 흐르지 못하고 부하저항에 흐른다. 이때 커패시터에 저장된 값과 교류입력의 (-)와 합한 값이 흐르게 된다.- 다이오드의 방향이 다를 경우 반대의 결과를 나타낸다.■ 실험에 결과에 대한 정리- 교류입력은 (+)극과 (-)극이 번갈아 가면서 입력된다. 이에 다이오드의 방향에 따라 전압이 부하저항R _{L}에 흐르는지 혹은 다이오드에 흐르는지 확인한다.- 다이오드의 방향에 따라서 교류입력이 실리콘 다이오드일 경우0.7V로 출력되는 모습을 볼 수 있다.- 부하저항에 흐르는 전압을 봤을 때 클램핑효과는 출력에 대한 입력 파형이 이동하였다고 생각할 수 있다.- 만약 다이오드와 새로운 전압원이 합해진 경우 다이오드에 흐르는 전압은 새로운 전압원과 다이오드의 전압강화의 합이 된다. 이를 다이오드에 대해 충전되고, 부하저항에 대해 방전된다고 한다.

공학/기술| 2015.11.10| 6페이지| 1,000원| 조회(417)

다이오드, 제너다이오드, 파형, 전자공학실험, 정형

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전자공학실험 : 제너 다이오드 전압 레귤레이션

실험보고서(Unit 4. 실험3 제너 다이오드 전압 레귤레이션)※ 단원목표- 제너 다이오드 전압 레귤레이터를 이용해서 전압 레귤레이션을 설명한다.실험 3. 제너 다이오드 전압 레귤레이션- 회로는 일정한 직류전압이 있어야 정상적으로 작동한다. 이를 위해 전압레귤레이터(전압조절기)는 입력된 교류전압을 일정한 직류전압으로 유지 시켜주는 역할을 한다.■ 제너 레귤레이터(Voltage Regulator:전압 조절기)? 제너 다이오드의 역바이어스 일 때 전압(제너전압)이 일정하다는 특징을 이용하여 일정 직류 전압을 유지시켜준다.- 출력전압(V _{o})은 제너전압(V _{Z})와 같도록 입력전압(V _{A})과 부하저항(R _{L})에 의해 조절된다.- 제너다이오드의 직류특성곡선에서 역방향 바이어스가 될 때 그래프의 특징을 이용하였다.- 제너다이오드가 역방향일 때 제너전압(V _{Z})가 일정하다는 것을 이용하였다.- 회로에서 저항(R _{S})은 과도한 제너전류가 되지 않게 한다.▶ 레귤레이션 작동- 부하저항(R _{L})이 0 이고 전체 회로전류(I _{T})가 일반 제너 레귤레이터 작동을 하는 동안 저항은 제너 전류(I _{Z})를 제한한다.- 전체 회로 전류는 제너 전류와 부하저항 전류의 합과 같다.=>I _{T`} =`I _{Z} `+`I _{L} - 결과적으로 출력전압(V _{o})은 제너 전압(V _{Z}) 이다.▶ 부하 레귤레이션- 제너전류(I _{L})가 증가하면 부하저항전류(I _{Z})가 감소한다.- 부하전류가(I _{L})이 0 으로 낮아지면 부하저항(R _{L})은 ∞ 이므로, 전체전류(I _{T})는 제너 다이오드를 통해서 흐른다.- 제너전류가 서서히 감소할 때 제너전압은 서서히 감소한다.- 제너전류가 급격히 감소할 때 제너 전압은 일정한 값을 보여준다.■ 기본 문제- 입력전압(V _{A})이 증가하고 전체전류(I _{T})가15mA로 증가하면 출력전압(V _{o})은 거의 일정하다.=> 이는 전체전류(I _{T})의 총계는 제너전류(I _{Z})에 의해 변화하므로V _{A}와V _{o}는 일정하다.■ 단원 문제- 클리핑 혹은 클램핑 회로에서, 다이오드에 가해지는 바이어스 전압?=> 다이오드가 켜저있을 때(순방향)의 전압으로 맞춰야 한다. 약0.7V 이다.- 클램퍼 회로는 주어진 기준 레벨로 진폭을 고정시킨다.=> 원본에 대한 해석을 이해하는데 어려움이 있어 오답을 체크하였다. 클램퍼는 클리퍼와 다르게 파형의 변화없이 파형을 이동시키기 위한 회로이다.- 리미터회로의 리미팅(Limiting)=> 이는 입력전압에 대해 제너다이오드나 직렬 혹은 병렬로 연결된 다이오드 회로에서 볼 수 있다.- 제너 다이오드 레귤레이터 회로가 일반적으로 작동할 때=> 일반적인 작동은 출력전압이 일정할 경우이다. 이는 제너전류가 급격히 증가한후 그래프 모양에서 찾을 수 있으므로 STIFF 영역의 제너전류일 때 일반적으로 작동한다.

공학/기술| 2015.11.10| 3페이지| 1,000원| 조회(362)

전자공학실험, 반도체. 제너다이오드, 전압레귤레이션

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