결과 -실험 4. Diode 및 BJT 특성

목차

3. 실험

(1) 다이오드
☞ 다음 실험들의 수행 결과가 위 ‘실험 준비 문제 (1) 다이오드’에서 예측한 결과와 일치하는 지를 확인해보아라. 일치하지 않는 다면, 그 이유에 대해 설명하라.

1) 다음 [그림 4-10]에 나타난 회로에서 출력 전압 와 다이오드를 통하여 흐르는 전류를 관찰하라. 이고, 이다. C의 값을 0, 1.0, 10.0으로 달리 하면서 실험하라.

2) 다음 [그림 4-11]과 같이 회로를 구성한 후, 입력 전압 에 -5V에서 +5V까지 변화하는 삼각파()를 인가하여 이 회로의 입력 신호와 출력 신호 사이의 관계를 나타내는 transfer curve를 관찰하고 두 주파수(삼각파)의 transfer curve가 다른 이유를 설명하라. 회로에 있는 을 1, 2, 5으로 바꾸면서 실험을 해보고, 이 결과에 대해 이야기하라.

[참고] 입력 신호를 오실로스코프의 x축에, 출력신호를 y축에 각각 인가하면 transfer curve를 측정할 수 있다.

3) 똑같은 다이오드라고 생각되는 다이오드를 2개 준비하여, 다이오드를 바꿔가면서 [그림 4-11]회로의 transfer curve를 측정해보아라. 무엇이 달라지는가? Transfer curve가 얼마나 달라지는 지를 확인하여 보고, 왜 그런 현상이 나타나는 지에 대해 설명하여라.

4) 위의 실험 2)에서 가 2.0V 근처를 지날 때, 의 값을 관찰하라. 이 값과 다이오드에 흐르는 DC전류와는 어떤 관계를 가지고 있는가?

5) 다음 [그림 4-12]에 나타난 회로를 구성하고, 의 DC 성분과 AC성분의 크기를 를 1, 2, 5, 10으로 바꿔가며 측정하고, 예상 값과 비교하라. 얼마만큼의 차이를 보이는가? 그 차이는 어디서 오는 것인지에 대해 설명하라. 여기서 이고, 이며, 과 C의 값은 앞의 준비문제 (1)-3)에서 설계한 값을 이용하라.

6) 일 때, 출력 전압 가 직류전압으로 가 되도록 box 내부의 회로를 설계하여 구현하고, 이 회로의 용도를 생각해보라.
7) [자유 실험] 다이오드에 관한 실험을 스스로 만들고 이를 실험하라. 실험의 목적과 실험 내용을 구체적으로 기술하라.
(2) BJT

1) 다음 [그림 4-14]의 회로를 이용하여 간의 전압-전류 특성과 사이의 전압-전류 특성을 측정하라(가 0.1V에서 0.7V까지). 두 결과를 바탕으로 와 의 크기를 비교해보아라.
2) [그림 4-15]의 회로에서 간의 전압-전류 특성을 측정하라. 를 5, 10, 15, 20로 변화시키면서 실험하라.
3) 간의 전압-전류 특성을 측정하는 회로를 구성하고, 특성 곡선을 측정하라. 를 5, 10, 15, 20로 변화시키면서 실험하라.

4) 다음 [그림 4-16] 회로에서 , , 이라고 한다. 의 변화에 따른 콜렉터와 에미터, 베이스 전압을 측정하여, 이 결과를 도시하여라.
[참고] 과 는 크기가 100 인 가변 저항으로 구성한다.
5) [그림 4-17] 회로에 있는 BJT가 active mode에서 동작하도록 저항 값들을 적절히 정하고, 그 때 각 node에서의 전압을 측정하고, 이론적으로 구한 값과 비교하라.
6) [그림 4-18]에 나타난 회로에서, 입력 전압 과 출력 전압 간의 관계를 측정하고 transfer curve를 그려라.

본문내용

43
1.27
1.27E-05
4
2.35
1.65
1.65E-05
5
2.78
2.22
2.22E-05
4
3.2
0.8
8.01E-06
4
2.8
1.2
1.20E-05
4.9
3.18
1.72
1.72E-05
6
3.77
2.23
2.23E-05
4.5
3.8
0.7
7.01E-06
4.3
3.01
1.29
1.29E-05
5.7
3.96
1.74
1.74E-05
6.8
4.43
2.37
2.37E-05
4.8
4
0.8
8.01E-06
4.6
3.35
1.25
1.25E-05
6.5
4.61
1.89
1.89E-05
7.4
4.97
2.43
2.43E-05
5.2
4.2
1
1.00E-05
5.2
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1.37
1.37E-05
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5.2
2
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8
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2.44
2.44E-05
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1.41E-05
8.1
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2.06
2.06E-05
8.5
6
2.5
2.50E-05
6.4
5.5
0.9
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4.83
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1.47E-05
9
6.89
2.11
2.11E-05
9.1
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2.56
2.56E-05
6.9
5.9
1
1.00E-05
6.8
5.37
1.43
1.43E-05
9.9
7.65
2.25
2.25E-05
9.8
7.2
2.6
2.60E-05
7
6
1
1.00E-05
7.1
5.6
1.5
1.50E-05
7.5
6.4
1.1
1.10E-05
7.5
5.97
1.53
1.53E-05
7.9
6.8
1.1
1.10E-05
7.9
6.38
1.52
1.52E-05
8.7
7.5
1.2
1.20E-05
8.4
6.81
1.59
1.59E-05
8.9
7.7
1.2
1.20E-05
9.2
7.5
1.7
1.70E-05
9.5
8.2
1.3
1.30E-05
9.7
7.95
1.75
1.75E-05
9.9
8.6
1.3
1.30E-05
9.9
8.12
1.78
1.78E-05
3)Vcb-Ic 간의 관계 분석
- active region에서 임을 보여주고 있다.
-Vcb가 커짐에 따라 ic값도 약간씩 커지는 모습을 보여준다.
- 수식적으로 early voltage effect를 고려하면 로 Vcb와는 관계가 없음을 보여주는데, 실제 실험 결과는 약간의 비례관계가 있는 것으로 나타났다.
4)K값에 의한 BJT의 작동 region 분석
-저항 측정결과:, 이다.
-의 값을 가진다.
-k=2~3에서 BJT는 saturation 영역에서 Active 영역으로 넘어간다.(VCB>-0.4V)
- 이므로 k값이 증가하면 가 커지게 된다.
- k값을 조절하여, 즉 Base에 달리는 저항들의 크기를 조절하여 Bias를 잡아줌으로써 설계자는 BJT를 원하는 Region에서 동작하도록 만들 수 있다.
RB1
RB2
k
VC
VE
VB
1.05E+05
1.00E+00
105000
10.3
0
1.00E+03
9.12E+04
1.38E+04
6.625272
7.2
0.643
1.28
8.10E+04
2.40E+04
3.375
3.58
1.48
2.15
7.02E+04
3.48E+04
2.018976
2
1.81
2.57
6.03E+04
4.47E+04
1.348468
2.01
1.83
2.62
5.04E+04
5.46E+04
0.923782
2.03
1.86
2.64
4.88E+04
5.62E+04
0.868327
2.01
1.87
2.65
4.06E+04
6.44E+04
0.629929
2.06
1.9
2.68
2.96E+04
7.54E+04
0.392019
2.08
1.98
2.76
2.08E+04
8.42E+04
0.247031
2.19
2.07
2.87
1.08E+04
9.42E+04
0.11465
2.44
2.33
3.16
0.00E+00
1.05E+05
0
9.3
9.2
10
8.60E+04
1.90E+04
4.535055
5.4
1.5
1.73
8.73E+04
1.77E+04
4.932203
6.1
0.9
1.6
9.89E+04
6.10E+03
16.21311
9.91
0.0239
0.608
5)2 stage BJT circuit
-측정한 R값:
-DC bias포인트들을 맞추기 위해 최대한 설계한 값들과 비슷한 저항들을 만들어 사용하였다. 대략적으로 비슷한 DC들이 측정되었다.
- 저항 값의 오차율에 의한 오차와 측정기기의 오차와 측정자의 개인 오차에 의해 발생한 오차들로 인해 예상과 약간 차이나는 결과를 얻었다.
- BJT에서 BE간의 Voltage drop 은 가정하였던 0.7보다 작은 약 0.6정도가 측정되었다.
6)Vo-Vi 관계분석
-, npn-Transistor의 C에 5V를, pnp-Transistor의 E에 -5V를 인가해주었다.
0.7<<5일 때
=>: Active mode
=>: off
= , transfer curve의 기울기 : 1
-0.7<<0.7일 때
Active mode이기 위한 최소한의 동작 요건인 값을 두 BJT 모두 만족하지 못하므로 => off
= 0V, transfer curve의 기울기 : 0
-5<<-0.7일 때
=>: Active mode
=>: off
= , transfer curve의 기울기 : 1
Ⅲ. 토의
실험전반적으로 나타날 수 있는 오차
- 측정기기로 인해 생기는 측정오차(Voltage Source의 경우 측정단위가 상당히 크다), 그리고 측정결과를 보고 값을 판단하는 실험자에 의한 개인오차가 있을 것이다.
- 실험예측에 사용하였던 여러 가정들이 실제와 다를 수 있다. 예를 들어 BJT와 Diode의 작동을 표현하는 수학적 모델과 실제 작동 값과의 차이날 수 있고, 온도에 의한 효과도 있을 수 있고, ic≠ie 일 수도 있다.
- 실험이 오차는 약간 있었으나 전반적으로 예측하였던 것을 따르는 결과를 보여주었으므로 실험예측에 사용했던 방법들은 유효함을 알았다.
새로 알게 된 점
- BJT도 Short 될 수 있고 그럴 경우 제 역할을 할 수 없다.
- 저항이나 전선등을 Bread board 에 설치할 때 선을 너무 길게 하여 설치하면 내부에서 서로 접촉이 발생하여 원치않는 실험 결과를 가져올 수도 있다.

키워드

BJT,   diode,   다이오드,   쇼트키,   특성,   실험,   KAIST