실험(3) 결과 3-1,2 반도체 다이오드, 제너 다이오드

목차

결과 3-1 반도체 다이오드

실험 목적
․ 반도체 다이오드의 직류 특성을 조사한다.

▣ 결과 값 및 종합 검토/논의
1. 고정 전압의 순방향 바이어스의 경우
2. 고정전압의 역방향 바이어스의 경우
3. 다이오드 순방향 특성 곡선
4. 다이오드 역방향 특성곡선

※검토사항

※ 종합 검토 및 논의




결과 3-2 제너 다이오드

실험 목적
․ 제너 다이오드의 직류특성을 조사한다.

▣ 결과 값 및 종합 검토/논의
1. 제너 다이오드의 순방향 및 역방향 바이어스
2. 전원전압을 변화하는 경우
3. 제너 다이오드의 전압-전류 특성

검토사항

※ 종합 검토 및 논의

본문내용

대해서 알아보기 위한 실험이었다. 우선 수업에 임하기 전에 여러 가지 반도체에 대해서 조사해 보았으며, 반도체의 명칭을 구분 짓는 여러 가지 특징과 그 기준에 대해서도 많은 조사를 하였었다. 반도체 다이오드를 연결하여서 인가전압라고 부르는 바이어스 전압이 장벽 전압보다 높은 전압에서만 흐른다는 것을 확인 하였다.
실제 실험 시간에는 게르마늄과 실리콘 다이오드에 과도한 역방향 전류나 전압이 인가되면 다이오드가 손상된다는 사실을 알고 있었기에 실험에 특히 조심하여 임했었다.
오차의 원인으로 여러 가지가 지적이 되었다. 우선 저항값을 찾을 때 띠 색깔은 같을 지라도 그 저항의 값에는 차이가 크기 때문에 거기에서 오는 오차를 들 수 있으며, 이번 실험에서는 여러 가지 실험을 연속적으로 수행하여야 했기 때문에 실험실의 미세한 진동에도 계속 변하는 값을 오랬동안 지켜 볼 수가 없었다. 그리고 10MΩ의 저항을 찾는데 자주 사용하지 않는 큰 저항이어서 4.7MΩ짜리 저항 두 개를 하나로 보고 연결하여 9.4MΩ의 등가저항을 만들어 사용했던 부분에서 이론값과 실제 측정한 실험값 사이의 오차로 작용하지 않았나 고찰해 본다.
학 번
성 명
▣ 개인검토 및 토의
오늘 첫 번째 실험은 다이오드의 가장 중요하면서도 기본이 되는 전압과 전류의 특성을 실제 눈으로 확인하는 좋은 실험이었다. 다이오드의 특징은 한 방향으로만 전류를 흐르게 하는 반도체 소자라는 것이다. 따라서 이를 이용한 기기들에는 전원장치의 정류기, 통신용 신기 회로의 검파기 및 컴퓨터 기기에서 스위치 등이 있다. 어떻게 보면 한 쪽으로 흐르게 하고 한 쪽으로는 못 흐르게 하는 단순한 device이지만 이론시간에 배운 내부의 세세한 동작원리는 복잡하다. 오늘 실험을 통해 이를 한층 더 쉽게 이해할 수 있었다.
또한 두번째 실험을 통해 제너다이오드의 특성을 알 수 있었다. 제너다이오드는 일반 다이오드의 비해서 항복영역이 좁고 순방향일때의 양단 전압은 0.6v로 일반다이오드와 차이가 없지만 기준전압이 10v인 제너다이오드로 보았을땐 역방향일때 10v의 양단전압이 나온다. 이점이 일반 반도체 다이오드와 제너 다이오드의 차이점이라는 것을 알았다. 즉 일반 반도체 다이오드는 역방향 바이어스를 크게(32v) 올려도 항복지점이 나타나지 않았다. 하지만 제너 다이오드는 약 10v지점에서 항복지점을 나타냈다. 이것은 조사결과 제너 다이오드를 제조시 일부러 항복전압을 낮게 만들기 위해 도핑을 높게 만든 것 이라고 한다. 참고로 일반 다이오드는 항복 전압이 약 100v 정도이다.
이번 실험에서 대체로 우리가 예상했던 반도체의 곡선특성을 보여주었으나 생각만큼 데이터가 잘 나오진 않았다. 이론상 곡선이 ‘exponential’하게 나타나지 않고 약간 비뚤게 나왔으며 역방향 바이어스의 곡선특성에서는 예상값보다 크게 나타났다. 이런 데이터가 이론상의 값과 차이가 나는 이유를 고찰해 보자면..
일단 전압측정기 즉 디지털 멀티 미터기의 내부 저항에 따른 전압 상승을 들 수 있다. 이는 실제로 간단한 회로를 구성한 뒤 각각에 걸리는 전압을 측정후 더해본 결과 인가한 전압보다 조금 크게 나타났다. 그리고 현실세계에 항상 존재하는 주변의 온도 습도 자기장과 같은 영향으로 발생되는 오차를 들 수 있다.
모든 계측기나 측정기는 자체 오차를 갖고 있다고 생각한다. 아날로그 계측기의 경우 보는 시각에 따라 오차가 발생할수 있다. 하지만 이번 실험에서 사용함 디지털 멀티미터는 디지털 계측기로는 아날로그에 비해 큰 오차는 없지만 수치가 고정되지 않고 계속 변동하였다. 이와 같은 현상은 계측기 내의 부품이나 온도변화등에 의해 발생할 수 있다.
이런 여러 가지 원인들이 복합적으로 작용하여 결과값에 영향을 주었으리라고 생각한다. 이번 실험을 통해 여러 기기를 다루는 것에 조금 더 친숙하게 되었고, 다이오드의 특성곡선에 대해 몸으로 느끼게 된 유익한 시간이었다.
학 번
성 명
▣ 개인검토 및 토의
첫번째 실험은 다이오드의 가장 중요하면서도 기본이 되는 전압과 전류의 특성을 실제 눈으로 확인하는 좋은 실험이었다. 다이오드의 특징은 한 방향으로만 전류를 흐르게 하는 반도체 소자라는 것이다. 실험을 통해 직접 다이오드의 성질을 이해하였다. 예비보고서를 작성하지 않았기에 결과보고서를 쓰면서 다이오드의 종류에 대해 공부 및 조사를 해보았다.
1. 제너 다이오드(Zener Diode)
순방향 바이어스 특성 및 항복전압에 이르기 전까지의 역방향 바이어스 특성은 일반 다이오드와 같으나, 역방향 항복전압에 이르면 전류가 급격히 증가하고 제너 다이오드 양단의 전압은 일정한 전압(제너 전압)유지됨 역방향 바이어스를 통해 항복 전압을 회로 동작에 활용하는 정전압 회로 등에 사용된다. (입력전압이 변화하여도 제너 다이오드 양단의 출력 전압은 일정함 단 입력 전압에 비례하여 전류는 변동함)
<제너 다이오드 사진> <발광 다이오드 사진>
2. 발광 다이오드 (Light emitter dioie 줄여서 LED)
흔히 led라 불리우며 1923년에 비소화 갈륨 pn 정합에서의 발광이 발견 되었는데 수소 케리어의 재결합에 의하여 발광되는 원리이다 처음에는 적색 초록색 두가지 종류였으나 근래에 들어 청색이 만들어져 여러 디스플레어에 사용중이다.
3. 배리스터 다이오드(Voltage Variable Resistor Diode)
인가하는 전압에 의해 저항값이 크게 변하는 특성을 가진다. 낮은 전압에서는 큰 저항값을 높은 전압에서는 작은 저항값을 가져 서지(Surge) 전압 보호 또는 흡수에 사용된다.
4. 쇼트키 다이오드(schottky Diode)
금속 (금, 은, 백금)과 반도체의 접합으로 순방향 전압손실이 작고 응답 속도가 빨라 고주파 및 고속 스위치용으로 사용된다.
5. 터널 다이오드(Tunnel diode)
일반 다이오드 보다 수백배에서 수천배 불순물 농도를 높여 매우 좁은 공핍층을 형성하게 한 다이오드로 일반다이오드에서 나타나는 항복효과가 없음 즉 공핍층이 좁으므로 순방향으로 약간의 전압만 가해도 전류가 흐르게 되고 일정전압 이상의 전압을 가하면 오히려 전류가 감소하는 부성 저항 특성을 가진다.

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