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제너 다이오드 이론과 결과

4. 실험결과 및 분석 및 토의실험 1-1( 순방향 바이어스된 제너다이오드 )VpsVZVRIR계산값200.769319.2315.827측정값20.0690.769319.2975.86이 실험은 순방향 바이어스 된 제너 다이오드를 실험 한 것이다.결과는 일반 다이오드와 비슷한 결과가 나왔다. 순방향 전압이 일반 실리콘 다이오드 순방향 전압과 비슷한 수치 0.7v 가 나왔다. 이와같이 제너 다이오드도 순방향 때는 전압강하를 무시할 수 있을 만큼 작은 것을 알 수 있다.실험 1-2( 역방향 바이어스된 제너 다이오드 )VpsVZVRIR계산값209.73110.2693.112측정값20.0739.73110.3423.13이 실험은 역방향 바이어스 된 제너 다이오드를 실험 한 것이다.이 결과를 보면 제너 다이오드의 항복 전압을 바로 알 수 있다. 저항에 걸린 전압이 미세한 수치가 아닌 절반의 전압이 걸렸고, 전류도 어느 정도 흐른 것을 보면, 제너다이오드가 항복전압이 걸렸다는 것을 알 수 있다. 결국 항복전압이 Vz인 것을 알 수 있다.실험 2(전원전압을 변화하였을 경우)VpsVZVRIR계산값11.79.6932.0070.608측정값11.7039.6932.0470.061이 실험은 실험1,2에서 구한 제너다이오드 항복전합 + 2V를 입력전압으로 놓고 실험한 것이다. 이 실험도 제너다이오드 항복전압보다 입력전압이 높기 때문에 제너다이오드는 항복전압만큼 걸릴 것이고, 나머지 전압이 저항에 걸리게 된다.결과는 위와 같다.실험 3-1( 부하저항을 변화시키는 경우 )VZVRIR계산값9.731203.112측정값9.73120.0733.13이 실험회로는 실험1,2에서 가변저항 10k옴을 제너다이오드와 병렬로 연결한 것이다.이것은 실험 1,2 와 같은 결과 값을 갖는다. 왜냐하면 RL의 저항이 너무 높아서 전류가 전부 제너다이오드로 다 흐르기 때문이다.실험 3-2(부하저항을 변화시키는 경우)VZIz계산값9.6875v0측정값9.687v0( RL 이 3.1K에서 Iz 가 0 이 나왔다)이 실험회로는 실험 3-1 가변저항을 10K에서부터 점점 저항을 감소시켜 Iz =0 이 되는 시점 Vz를 구하는 실험이다.즉, RL 을 감소시킴으로 인해서 제너다이오드에 흐르는 전류는 급격히 적어진다. 전류가 적어짐에 따라서 제너다이오드는 항복전압에서 탈출하는 시점이 있을 것이다. 제너다이오드의 걸리는 전류가 0 에 가까워지면 제너다이오드는 항복전압에서 탈출해 역방향 전압이 걸리는 것으로 해석 할 수가 있다.즉 이 실험은 제너다이오드가 항복전압을 탈출하는 시점을 구하는 회로도이다.(Vz 를 계산하는 방법)Vz 를 계산 하는 방법은 Iz 가 0 일 때 제너다이오드는 역방향이 걸리기 때문에 전류가 거의 안 흐른다. 제너다이오드는 쇼트가 되었다고 생각하고 위의 회로에서 RL 에 흐르는 전압을 구하면 된다.1. 제목:제너 다이오드2. 목적:(1) 제너 다이오드의 전류에 대한 순방향 바이어스와 역방향 바이어스의 영향을 측정한다.(2) 제너 다이오드를 이용한 전압 레귤레이터를 만들고 그 특성을 실험한다.3. 이론:제너다이오드란?제너다이오드는 다이오드에 역방향 전압을 가했을때 전류가 거의 흐르지 않다가 어느 이상의 고전압을 가하면 접합면에서 제너 항복이 일어나 갑자기 전류가 흐르게 되는 지점이 발생하게 되는데, 이 지점 이상에서는 다이오드에 걸리는 전압은 증가하지 않고(전압은 일정하게 정전압을 유지한다.), 전류만 증가하게 된다. 이러한 특성을 이용하여 레퍼런스 전압원을 만들 수 있다.만약 5V의 역전압에서 제너항복이 일어나는 다이오드를 만든다면, 이것을 이용하여 + 혹은 - 5V의 기준전압을 만들 수가 있다는 것이다.제너항복이란? (출처 : 두산세계대백과)p형 반도체와 n형 반도체를 접합한 것에 역전압(逆電壓)을 걸면 미약한 포화전류가 흐르는데, 역전압을 크게 해가면 갑자기 전류가 늘기 시작하는 현상을 일반적으로 피엔접합 항복이라 하고, 그 중에서 p형 반도체의 원자가전자띠[原子價電子帶]에 있는 전자가 엷은 공극층(空隙層)을 빠져나가 n형 반도체에 달하는 양자역학적 터널효과에 의한 것을 제너 항복이라 한다.제너다이오드의 원리PN접합의 항복(Breakdown)영역에서 동작특성이 나타나도록 제작된 다이오드로 주로 정전압 용으로 사용되며, PN반도체의 도핑레벨(Doupping Level)을 변화시켜서 2 ∼ 200 [V]의 항복범위를 갖도록 해당 전압별로 제작된다.제너(Zener)항복은 애벌런취(Avalanche) 항복과 달리 다이오드가 강하게 도핑(Doupping)되면 공핍층이 대단히 좁아지므로 공핍층에서 생기는 전계의 세기가 300,000[V/cm]정도가 되면, 가전자대 전자가 전도대로 충분히 끌어 올려지는데 이러한 형태에 의한 항복을 말하며, 고전계 방출(Highh Field Emission)이라고도 한다.제너다이오드의 특성에서 항복전압 Vz에 도달하기까지 역방향 전류는 무시할 수 있다. Vz에서는 급경사적으로 나타나므로 전류는 거의 수직적으로 나타난다. 대부분의 항복영역구간에 걸쳐 출력전압은 Vz와 같게된다. 제너다이오드의 소비전력 Pz는 Pz = Vz * Iz로 표현되는데 이 값이 최대치(Data Sheet 상에 표시)이하인 경우는 제너다이오드가 파손 되지않고 원상 복귀된다. 제너다이오드의 정격용량은 1/4 ∼ 50[W]정도이다.제너전압을 측정하는 방법일단 제너전압보다 높은 전압을 나오는 전원과 멀티메터를 사용하여 적당한 저항(1-10k옴)과 제너다이오드를 연결하고 제너다이오드에 걸리는 전압을 측정하면 된다. (제너의 방향은 반대방향으로 사용한다.)일반 다이오드 같은 경우 띠가 있는 부분이 - 가 되지만 제너다이오드는 띠의 부분이 +가 되도록 연결해야 한다. 반대로 연결하면 일반다이오드와 같이 0.7V 의 전압이 걸리기 때문이다.(일반다이오드의 순방향전압과 동일함)제너다이오드의 응용제너다이오드는 정전압이 필요한 부분과 전압강하가 필요한곳에 사용된다.

공학/기술| 2009.04.21| 6페이지| 1,000원| 조회(779)

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