코프를 통해 출력파형을 얻는다. voltage regulator는 캐패시터와 저항을 병 렬로 연결하고 다이오드와 직렬로 연결한 회로에 파형발생기로 정현파를 인가하여 오실로스코 프로 출력파형을 얻는다. 다이오드 전압강하는 power supply로 DC전압을 인가해주고 멀티미 터를 통해 전압을 측정한다.
4. Result
E1.1 이상적인 정류
a) Vo가 최대일 때 다이오드 전압 강하량 υDpeak를 구하시오. Vo의 전압값이 최대전압의 1/10일 때, 다이오드 전압 강하량 υDpeak/10를 구하시오.
-> υDpeak = 0.54V , υDpeak/10 = 0.4V
b) υB가 0보다 커지기 시작하는 지점에서 υA와 υB의 관계를 알아본다. 출력 전압이 υDpeak의 절반이 되는 시간 tD/2 및 위상 ΦD/2 그리고 이 때의 다이오드 전압 강하량 υD/2를 측정하시오. 이 측정값을 입력 사인파의 크기와 주파수를 근거로 계산한 결과와 비교해 보시오.
-> tD/2 = 84uS , ΦD/2 = 30° υD/2 = 400mV
c) 파형 발생기를 구형파로로 조정하고, 입출력 파형을 비교하여 다이오드 전압 강하량 υD를 구하시오.
-> υD = 400mV
-실험 a), b)에서 υA, υB의 오실로스코프의 파형을 삽입하시오.
1. υDpeak 구할때 파형
2.υDpeak/10 구할때 파형
2.tD/2 , υD/2구할때 파형
-실험 c)에서 υA, υB의 오실로스코프의 파형을 삽입하시오.
E1.2 정류기의 여과작용
조건
피크전압 υA
피크전압 υB
υBvalley
다이오드 도통시간
υripple
실험치
이론치
1㏀, 100uF
8V
9.6V
8.8V
208uS
0.8V
9.6mV
10㏀, 100uF
9.6V
7.6V
7.0V
250uS
1V
80mV
1㏀, 200uF
8V
7.6V
7.0V
260uS
1V
48mV
측정
a) 오실로스코프로 노드 A와 B의 파형을 획득하시오. 노드 A, B의 피크전압 υA, υB를 구하고, B 노드의 최하전압 υBvalley를 구하시오. 다이오드의 도통시간을 구하시오. 리플 전압 υripple = υA - υBvalley 를 구하시오. 리플전압의 측정값과 교재 식 3.70에 의한 계산값을 비교하고 차이가 있으면, 그 원인을 설명해 보시오. 다이오드의 평균전류를 구하시오(교재 식 3.73)
리플전압의 실험치와 계산값이 상당한 차이가 난다. 다이오드가 이상적이라고 보았기 때문에 리플전압은 R-C의 병렬연결에 걸리는 전압의 피크간의 값을 말한다. 그러나 실험에서는 다이오드에 걸리는 순방향 전압강하 0.7V가 포함되어 있어서 리플전압의 값이 더 크게 나온다.
b) 저항을 1㏀으로 교체하고 a)의 실험을 반복하시오. 리플 전압이 증가하는 이유를 설명해보시오.
다이오드가 역방향이 걸렸을때는 캐패시터에서 방전이 일어나는데, 저항이 작아지면 방전되는 속도가 빠르기 때문에 리플전압이 커진다.
c) 실험 b)에서 캐패시터의 용량을 200uF으로 교체하고 실험을 반복하시오. 리플 전압의 변화를 설명하시오.
리플전압은 캐패시터와 저항의 크기에 반비례 하므로, 캐패시터의 용량이 커지면 리플전압은 작아진다.
다이오드 전도 작용 - 순방향 전압 강하
E2.1 기본 측정
조건
υB
iD
실험치
이론치
1㏀
0.6815V
9.55mA
9.41mA
(1㏀||1㏀)
0.7153V
19.032mA
18.554mA
분석 : 식과 실험 (a), (b)의 결과를 이용하여 다이오드의 IS,와 n을 구하시오. 이 결과를 이용하여 0.700V의 전압 강하를 가질 때 전류의 크기는 얼마가 될지 계산하시오.
-> n = 1.961, IS = 8.767*10-9
0.700V의 전압 강하를 가질 때 전류의 크기 = 22.02mA
E2.2 순방향 전도도 모델링 - 대신호 모델
측정 :
a) 전원전압을 정확히 측정하시오. 차례로 저항을 연결하고 VD와 전류 ID를 측정하시오. x축은 다이오드 전압, y축은 다이오드 전류의 자연로그 값으로 하여 그래프를 그리고, 기울기를 구하시오. 이 기울기는 다이오드의 ideality factor n에 해당한다.
조건
전원전압
VD
ID
ln(ID)
R=1㏀
10V
0.7787V
9.46mA
-4.66
R=10㏀
10V
0.7170V
0.9324mA
-6.98
R=100㏀
10V
0.6572V
94.37uA
-9.27
R=1㏁
10V
0.5966V
9.65uA
-11.55
b) R=1㏀ 일 때의 전류 전압 점과 R=100㏀일 때의 전류, 전압 점을 직선으로 연결하고 이때의 평균 기울기 와 의 x 절편 을 구하시오. R=10㏀일 때 다이오드 전류와 전압의 실험값과 직선 전류 모델에 의한 계산 값을 비교하고 오차를 구하시오.
-> = (0,7787-0.6572)/9.4mA = 13Ω
X절편 = 실험값으로 계산하면, 0.6557V
Vd = 0.717V = 0.9324mA * 13 + 0.6557 = 0.658V로 차이가 난다. 이유는 다이오드라는 소자가 약간의 변화에도 민감하게 작용하기 때문이다.
E2.3 순방향 전도도 모델링 - 소신호 모델
조건
V+
R
VD
ID
rd(실험치)
rd(이론치)
(a)
10V
1㏀
0.7787V
9.46mA
3.11Ω
2.69Ω
(b)
10V
500Ω
0.7763V
8.68mA
2.91Ω
분석 : 다이오드의 동적저항 에 E2.2로부터 계산한 n의 값을 적용하여 구한 소신호 저항값과 위의 실험값을 비교하시오. 차이가 많이 날 경우 그 원인을 설명해 보시오.
-> 저항값이 실험값과 이론값이 약간의 차이가 나는데, 실험실의 환경이나, 실험기기의 내부
저항등 실험외적인 요소 때문에 오차가 난 것 같다.
5. Conclusion & Evaluation
이번 실험을 통해 다이오드의 특성에 대해 알 수 있었다. 다이오드의 정류작용을 이용하여, voltage generator로 사용되는 것을 알 수 있었다. 이번실험을 하면서, 오실로스코프를 통해 출력전압을 측정하는 것이 어려웠다. 입력전압과 출력전압이 크게 차이가 나지 않고, 또 값이 변해서 측정하는데 어려움이 있었다. 그 부분만 빼면 이번 실험은 잘 마무리된 것 같다.