기초전기실험( KVL,KCL및Ohm의법칙 )

목차

1.목적

2.이론

3.회로도

4.사용기구

5.절차

6.예비보고사항

7.참고사항

8.결과보고사항

9.비고 및 고찰

본문내용

저항에 걸리는 전류는 같다. 옴의 법칙에서
V = I·R 이므로
R_1
에 걸리는 전압
V_1
은
V_1={V}over{{R_1}+{R_2}}(I){}×{}R_1
따라서 위 식은 성립함을 알 수 있다.
이론값과 실험 측정값이 약간의 오차는 있었으나 거의 일치하였다. 이로써 위에서 증명한 분압의 법칙이 성립함을 알 수 있다.
(4)표 3에서
R_D
각각에 대하여
R_2
및
R_D
에 흐르는 전류의 합(
{I_2}+{I_D}
)을 구하고, 이것을
I_1
과 비교하여 KCL이 성립함을 보여라.
R_D
(Ω)
100
2K
1K
10K
I_1
(mA)
10.9
5.98
7.20
4.48
I_2
(mA)
0.5
2.99
2.38
3.74
I_D
(mA)
10.3
2.99
4.82
0.74
{I_2}+{I_D}
(mA)
10.94
5.97
7.20
4.49
I_1
과
{I_2}+{I_D}
는 약간의 오차가 있으나 거의 일치함을 실험값 측정으로 알 수 있다.
R_1
과
{R_2}+{R_D}
는 직렬로 연결되어 있으므로 각각에 흐르는 전류는 동일하다는 KCL법칙이 성립함을 알 수 있다.
(5)표 3에서
{R_D}
각각에 대하여 에
I_1
에 분류의 법칙을 적용해서
R_2
에 흐르는 전류(
{I^'}_2
) 및
R_D
에 흐르는 전류(
{I^'}_D
)를 구하고, 이것을
I_2
및
I_D
와 비교하여 분류의 법칙이 성립함을 확인하라.
I_1{}={}{{R_2}{R_3}}over{{R_1}{R_2}+{R_2}{R_3}+{R_3}{R_1}}·I
I_2{}={}{{R_3}{R_1}}over{{R_1}{R_2}+{R_2}{R_3}+{R_3}{R_1}}·I
저항을 병렬로 연결 했을 때,
I{}={}{I_1}+{I_2}+{I_3}
V{}={}{V_1}{}={}{V_2}{}={}{V_3}
{I_1}{}={}{V}over{R_1}{},{}{}{}{I_2}{}={}{V}over{R_2}{},{}{}{}{I_3}{}={}{V}over{R_3}
{I}{}={}{V}over{R}{}={}{I_1}+{I_2}+{I_3}{}={}{V}{({1}over{R_1}+{1}over{R_2}+{1}over{R_3})}
이 성립한다.
I{}={}{{R_1}{R_2}+{R_2{R_3}}+{R_3}{R_1}}over{{R_1}{R_2}{R_3}}·V
V에 관하여 정리하면
V{}={}{{R_1}{R_2}+{R_2{R_3}}+{R_3}{R_1}}over{{R_1}{R_2}{R_3}}·I
I_1{}={}{V}over{R_1}
위의 V를 대입하면
따라서 분류의 법칙이 성림함을 알 수 있다.
(6)표 4를 이용하여 저항 R과 다이오드 D의 전류-전압 특성곡선을 같은 좌표 위에 그리고, 이들 곡선들이 의미하는 바를 Ohm의 법칙과 비교하여 설명하라. 또, 그림 10 회로에 대하여 KVL이 성립하는지의 여부를 설명하라.
V_DC
(V)
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
V_R
(V)
0
0
0
0
0
0
0.39
1.30
2.27
3.23
3.87
V_D
(V)
-5
-4
-3
-2
-1
0
0.61
0.69
0.72
0.74
0.75
I_D
(mA)
0
0
0
0
0
0.3
3.8
12.9
22.7
32.3
42.3
다이오드는 순방향으로 연결했을 경우 저항값이 거의 0이 되어간다. 또한 역방향으로 연결되었을 경우에는 저항값이 거의 무한대가 되어 간다. 따라서 순방향 접속시 볼트수가 커질수록 전류값은 급속히 증가함을 보면 옴의 법칙이 성립함을 알 수 있다.
또한 전압이 높아지더라도 저항에 걸리는 전압과 다이오드에 걸리는 전압을 합치면 전체에 흐르는 전압과 일치함을 보면 이 회로도에도 KVL이 성립함을 알 수 있다.
9.비고 및 고찰
이번 실험은 회로를 해석하는 데 있어서 필요한 KVL, KCL, 옴(Ohm)의 법칙, 분압 및 분류의 법칙 등을 이해하고 확인하는 실험이었다.
1학년때도 이와 비슷한 실험을 해서 실험값을 통하여 다시 한번 확인하는데는 큰 어려움이 없었다. 하지만 회로 구성에 있어서 많은 어려움이 있어 실험을 구성하는데 꽤 많은 시간이 걸렸다.
또한 다이오드의 특성을 이용한 실험은 처음이라 이해하는데 조금은 오랜 시간이 걸렸다. 따라서 다이오드의 특성에 관해 더 많은 자료와 조사가 필요하였다. 다음은 그에 대한 조사결과와 우리가 했던 실험에 대한 비교이다.
(1)다이오드가 역방향으로 연결되었을 경우 역방향 최대전압( PIV: Peak Inverse Voltage)에 이르기 전까지는 매우 작은 전류가 흐른다는 이론이 있었는데 실험결과 측정값이 0mA 가 나왔던 이유는?
다이오드를 역방향으로 연결했을 경우 최대전압에 이르면 다이오드는 절연파괴 되어 버리고, 역방향 최대전압에 이르기 전까진 매우 작은 전류가 흐르지만 우리가 사용했던 멀티미터로는 μA 단위의 전류는 측정할수 없어 0으로 표시되었다는 것을 알수 있었다.
(2)간단한 다이오드 회로
*다이오드와 저항의 직렬 회로
-이상적인 다이오드를 생각 할 경우
순방향 전압:D의 저항값 0
I_D
= E / R = 9 / 180 = 0.05 [A]
V_D
= 0 [V]
V_R
= E = 9 [V]
-실제의 특성을 고려할 경우
E는 키로히호프의 제 2법칙에 의해
E =
V_D
+
V_R
=
V_D
+
R_ID
I_D
= -
V_D
/ R + E / R = -
V_D
/ 180 + 0.05 [A]
교점 K의
V_D
,
I_D
의 값은
V_D
= 0.82 [V]
I_D
= 45 [mA]
V_R
= E -
V_D
= 9 - 0.82 = 8.18 [V]
-이상적인 다이오드와의 차이
V_D
의 차이는 0.6 - 0.9 [V] 정도
I_D
의 차이는 E가 크면 작다.
I_D
의 계산식
I_D
= (E-
V_D
Q) / R [A]
참고서적 : 회로이론
현대전기회론이론 정동효 외 저
회로이론 이상배 외
참고사이트 : http://yumkwang-gie.ed.seoul.kr/ 염광여자정보교육고등학교
http://p13_158.kyungpook.ac.kr/ 집적시스템연구실
http://wonsci.wonkwang.ac.kr/ 원광대 자연과학부

키워드

kvl,   옴의법칙,   kcl,   기초전기