전자회로 실험 정류, 제너

소개글

전자회로 실험 정류, 제너에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

.1
11.4
9.4
2.1
0.615
오차율(%)
0.00
6.38
5.66
2.26
5.26
6.38
4.76
1.46
분석 : 이전의 역방향일때의 회로에서의 항복전압을 구한 회로에 입력 전압을 항복전압+2V시켜서 구성한 회로를 통하여 실험하는 것인데 우선 20V일때의 구했던 회로의 항복전압은 9.4V로 나타났는데 이것을 가지고 +2V된 전압인 11.4V를 입력전압으로 가해주었다. 그리하여 얻은 결과는 항복전압은 같게 나왔고 저하에 걸리는 전압이 2.1V가 나왔다. 항복전압일때보다 2V를 크게 가해 주었는데 저항에 2V보다 큰 2.1V가 측정이 된 것이다. 물론 이 오차율이 4.76%로 크지 않은 오차율이긴 하였다. 저항에 흐르는 전류는 입력전압이 줄어들어서 전체전류가 줄어들게 된 것이다. 나머지 부분에서도 오차율이 크지 않게 발생하였다.
3) 부하저항의 변화시키는 경우
VZ(V)
VPS(V)
IR = IZ(mA)
계산값
10
20
3.03
측정값
9.4
20
3.1
VO(V)
IZ(mA)
계산값
10
3.03
측정값
9.4
3.14
R(Ω) 측정값
VZ(V)
VPS(V)
IR = IZ(mA)
10k
9.373
20
2.028
5k
9.373
20
1.533
3k
9.373
20
1.297
2900
9.373
20
0.0815
2500
9.373
20
0.001
분석 : 부하저항을 변화시키면서 그에 따를는 전류의 변화를 확인하고 제너현상이 일어나지 않는 범위까지 측정을 하는 것이었다. 우선 부하저항을 10KΩ으로 주어지고 흐르는 전류를 측정하니 약 2mA가 나왔다. 저항을 점점 줄여서 3KΩ일때와 2.9KΩ일때를 비교하여보니 변화율이 급격하게 증가하였다. 이것을 통하여이때가 제너상태에서 이탈하는 구간이라는 것을 확인하였다. 이것을 그래프로 그려보았더니 다음과 같게 나타났다.
5. Design project
1) Zener Diode를 사용하여 15V직류를 출력하는 DC-DC변환기 설계
설계과제 회로시뮬레이션
Bread board 회로설계
출력전압 15V일 때 R=279Ω
공급전류 20mA일 때 R=197Ω
설계과제 회로도 및 시뮬레이션 결과
출력전압 15(V)
공급전류 20(mA)
계산값
250
250
측정값
279
197
오차율(%)
10.39
26.90
분석 : 이번 설계는 제너다이오드를 이용하여 15V의 직류전압을 출력시키는 DC-DC변환기를 만드는 것이다. 우선 출력전압이 15V가 되고 공급 전류가 20mA가 되야 하므로 여기서 저항 R의 값을 주어진 조건에 의하여 구해보았다. 이고, 이 되는 것을 알 수 있다. 우리가 주어지는 저항은 250옴을 넘어야 한다. 여기서 15V가 출력되어야 하는데 제너다이오드의 역방향 항복전압이 10V이므로 여기에 5V의 추가적인 바이어스를 걸어주기 위하여 DC전압을 추가로 걸어주었다. 시뮬레이션에서는 우리가 가진 소자인 1N4740이 없기 때문에 어쩔 수 없이 역방향일 때 항복 전압이 약 4.6V인 1N750을 2개 연결하여 사용하였다. 여기에 나머지 전압을 DC전압원을 이용하여 걸어 주었다. 이것이 정확하진 않지만. 시뮬레이션 결과에서는 출력전압15.01V와 공급전류19.97mA가 나타나는 것을 확인하였다. 직접 설계할 할 시에는 원하는 출력값, 공급값일때의 저항을 살펴보았는데 출력전압 15V일 때 R=279Ω가 나왔고, 공급전류 20mA일 때 R=197Ω가 나왔다. 이것은 우리가 계산한 값인 250Ω과의 오차가 10.39%과 26.9%가 나타났다. 이것은 주어진 다이오드와 저항, Bread board가 이상적이지 못하기 때문이라고 본다. 그래서 계산값과 차이가 발생하였고 여기서 얻을 수 있는 저항값의 범위는 이 된다는 것을 알 수 있다. 279옴일때의 출력전압이 15V이고 의 식에서 저항이 전류에 반비례하므로 공급전류가 20mA일때의 저항값보다 크기 때문에 저항의 최대 값은 279옴으로 정할 수 있다. 그리고 Datasheet를 본 결과 20mA를 최대공급전류로 해주었는가를 보았는데 제너다이오드가 고장나는 것을 막기 위하여 허용전류 내의 한 값으로 정해 주어서 안정적으로 동작하도록 만들어 주기 위하여 설정한 것이라는 것을 확인하였다.
6. 검토 및 보고 사항
- 정류회로
1) 정류란 무엇인지 설명하라.
정류란 일반적으로 가정으로 공급되는 AC전원을 DC전압으로 변환시켜주는 것을 말한다. 이것은 우리가 일반적으로 사용하는 전자기기가 직류회로에서 동작하는 것이 많기 때문이다. 교류로 가정까지 전달하는 이유는 전력효율이 교류가 직류에 비하여 높기 때문에 이용을 하는 것이고, 이 때문에 정류를 필요로 한다. 정류는 이번실험에서와 같이 다이오드의 특성에 의하여 나타나게 된다.
2) 반파, 전파 정류회로의 평균 직류전압에 대하여 이론치와 측정치를 비교하라.
반파 정류회로의 평균 직류전압은 피크전압을 16V로 가해주었고 이것이 다이오드를 통하여 진행하므로 작동전압 0.7V를 고려하여 준다면 순방향일 때 7.3V가 될것이고 이때의 직류전압은 가 된다는 것을 알 수 있다. 측정한 값은 2.22V였는데 이것은 4.57%의 오차가 발생한 것을 알 수 있다. 이것은 허용오차 이내의 범위라는 것을 알 수 있었다. 그리고 또다른 이유는 0.318V는 적분할 때 사인파의 절반만을 가지고 한 것인데 여기서는 다이오드의 작동전압을 고려하여 빼주었고 그만큼 시간 축에서도 없어지는 부분이 존재하기 때문에 적분구간도 달라져야 좀더 정확한 결과를 얻을 수 있을 것이다. 전파 정류회로일때는 입력 피크 전압이 41.8V였는데 이때는 출력된 전압이 12.72V일 때 다음 의 식을 따라 측정된 값인와 같게 나타난 것을 확인하였다. 이것의 오차는 0.99%의 오차가 발생하였다. 이것 역시 크지 않은 오차가 발생한 것을 알 수 있다.
3) 중간 탭 트랜스를 사용한 전파정류회로애서 출력전압의 최대값이 교류 입력신호의 (+)반주기의 경우와 (-)반주기의 경우 약간의 차이가 발생하고 있다면 그 원인은 무엇인가?
실험에서 사용한 중간탭 트랜스는 Bread board에 있는 부분을 이용하였다. 이것이 오래되기도 하였고 원하는 값을 이상적으로 출력하지 못하기

키워드

전자공학실험,   제너 다이오드,   반파 정류회로,   정류회로