실험물리 예비/결과 Diode (다이오드) (정전압다이오드, 쇼트키다이오드, 제너다이오드, 정류 회로, 리미터, 클리핑, 클램핑) Report - 표시

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실험물리 예비/결과 Diode (다이오드) (정전압다이오드, 쇼트키다이오드, 제너다이오드, 정류 회로, 리미터, 클리핑, 클램핑) Report

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실험물리 예비/결과 Diode (다이오드) (정전압다이오드, 쇼트키다이오드, 제너다이오드, 정류 회로, 리미터, 클리핑, 클램핑)

서강대학교 물리학과 실험물리학1의 실험 예비레포트와 결과레포트를 병합하여 올립니다. 해당 과목 A+를 받았습니다.결과보고서는 제가 실험한 데이터로 작성되었습니다. 따라서 이론적인 값과 다소 차이가 있을 수 있지만 오차에 대한 분석이 포함되어 있습니다. 또한 실험의 내용은 담당 조교에 따라 일부 상이할 수 있습니다.본문 내용을 많이 입력하고 싶지만 레포트에 수식이 다수 포함되어 있어 옮기는 것에 한계가 있습니다. 파일 안에는 완벽한 수식처리가 되어있습니다.

예비 레포트 (프리 레포트, 예비 보고서)

1. 실험 목표

2. 이론

3. 재료 및 장비

4. 실험 방법 (과정)

5. 참고 문헌

결과 레포트 (결과 보고서)

1. 실험 결과 정리 (실험 데이터)

2. 분석 및 토의

3. 참고 문헌1.1.1. 반파 정류 회로 (Half-wave rectification circuit)

반파 정류 회로는 그림 4와 같이 교류 신호에 다이오드와 저항이 직렬로 연결되고 저항의 신호를 출력 신호로 본 회로이다. 다이오드는 전원전압의 파형이 (+)인 구간에서 순방향으로 전압이 인가되고 이 구간에서 전류가 통한다(도통된다). 이때 다이오드의 전압강하를 무시하면 전원 전압은 저항 R의 양단에 전부 인가되며, 전원전압과 저항의 크기에 따른 전류가 흐른다. 전원전압이 (-)인 구간에 대해서는 전원전압이 다이오드에 역방향으로 전부 인가되고 다이오드는 비 통전 상태가 되어 전류가 흐르지 않는다.

실험에 사용된 다이오드는 이상적인 다이오드는 아니므로 순방향일 때 전압 강하가 이루어진다. 즉 이론상 0.7V 정도가 다이오드의 전위장벽을 낮추는 데에 사용된다. 따라서 인가전압이 전부 저항에 걸리지는 않았을 것이다. 역방향일 때도 전류를 완전히 차단하지는 못하기 때문에 그림5,6에서 보이듯 일부의 역방향 전압도 감지되었다.

그러나 10V를 인가했는데 최고치가 3V정도 밖에 안 되는 것은 상당히 예상 밖이었다. 다이오드의 전압강하를 많이 봐줘서 1V라고 해도 9V는 걸려야할 텐데 말이다. (토의(5) 참고)

'TINA-TI: SPICE-Based Analog Simulation Program'을 사용하여 회로를 구성하고 측정하여보았다. TINA에서 같은 1N4001의 다이오드를 사용했으므로 실제와 매우 유사할 것이다. 그랬더니 함수발생기의 내부 저항을 0으로 했을 때는 최고치가 9.29V가 나옴을 확인할 수 있었다. 내부 저항이 50옴일 때는 8.86V가 나왔다. 이 결과로 보아 인가된 전압은 10V가 아닐 것이라고 합리적으로 추론할 수 있다. 함수발생기를 제대로 설정하지 않고 초기 상태를 그대로 사용하였기에 정확히 어떻게 설정했는지 알 수가 없다. 그러나 offset 설정 등이 제대로 이루어지지 않았다고 판단된다. 어떠한 이유든 전압이 제대로 인가되지 않았음에 틀림없다.

저항에 병렬로 커패시터를 연결하였을 때는 예상과 달리 saw-tooth모양의 파형이 감지되었고 정류 기능을 제대로 하지도 못하는 이상한 결과를 낳았다. 그래서 TINA로 측정을 해봤다.

그랬더니 개형은 비슷한 모양이 나왔지만 3.95V~8.43V가 측정되었다. 실험에서는 –0.114V~0.160V가 나왔는데 이는 매우 다르다. 실제로 이 정류를 위해 구성한 회로인데 이렇게 나온 것은 큰 문제가 있다. 다음에 실험할 때에는 NI ELVIS 자체의 함수발생기를 사용하지 말고 Tektronics의 것을 사용하는 것이 좋을 것이라 생각된다. 이 회로는 사실상 전파 정류 회로와 같은 역할을 할 수 있다는 것을 알 수 있다.

1.1.2. 전파 정류 회로

<그림 R 아래>

전파정류회로란 (+)주기는 물론 (-)주기도 (+)방향으로 전류를 흐르게 하는 회로를 말한다. 이 실험에서 사용한 회로는 브릿지 회로이다. 오실로스코프는 두 지점의 전압 차를 측정하는데 한쪽은 접지 상태이기 때문에 한 번에 R의 출력 신호를 측정할 수 없었다. 따라서 R 윗부분의 신호에서 R 아랫부분의 신호를 빼서 확인할 수 있다.

<그림 R 위>

그러나 실제 실험 결과는 제대로 나오지 않았다. 정류 기능도 원활히 이루어지지 않았고 최대 전압도 1.4V 정도로 이상하게 나왔다. 이 실험의 가장 큰 오류는 실험 목적에 상관없이 제너다이오드를 사용한 것 또한 문제가 된다. 이 실험은 제너다이오드를 사용하면 절대 안되기 때문이다. 왜냐하면 역방향 전압일 때는 절대 전류가 흘러서는 안 되기 때문이다. 따라서 이 실험은 다이오드 선택 실수로 인하여 완전히 실패했다. 그래서 마찬가지로 TI

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