다이오드 V-I 특성 예비보고서 작성 가이드

§1

실험 개요

다이오드는 한 방향으로만 전류를 흘리는 비선형 소자로, 정류·검출·LED 등 응용의 기초다. 학부에서는 정방향·역방향에서 V-I를 측정하고, Shockley 이상 다이오드 식 I = I_S(e^V/nV_T − 1)에 적합해 이상 인자 n과 포화 전류 I_S를 추정한다.

§2

이론 배경

Shockley 식

I = I_S [exp(V/nV_T) − 1]. V_T = kT/q ≈ 25.85 mV (300 K). n: 이상 인자(보통 1~2).

정방향 동작

Si 다이오드는 약 0.6~0.7 V에서 급격히 도통. Ge ≈ 0.3 V, GaAs(LED) ≈ 1.5~3 V (색깔별).

역방향과 항복

역방향에서는 거의 전류가 없다가 항복 전압에서 급격히 도통. 제너 다이오드는 이 영역을 의도적으로 사용.

§3

실험 장치 및 시약

— DC 전원장치 (가변)
— 디지털 멀티미터 2대
— 다이오드(1N4148, 1N4007), LED
— 보호 저항 (1 kΩ)

§4

실험 절차

1.보호 저항을 직렬로 연결한 회로 구성.
2.정방향 V를 0~0.8 V로 0.05 V씩 증가시키며 I 측정.
3.역방향 V를 0~ −20 V로 변화시키며 I 측정 (작은 누설전류).
4.LED에 대해 동일 절차로 도통 전압 측정.

§5

데이터 처리

ln I vs V 그래프에서 직선 영역의 기울기에서 1/(nV_T), 절편에서 I_S 산출. 정방향 도통 전압을 정의(예: I = 1 mA 기준)로 보고. 다이오드 종류별 비교 표.

§6

예비보고서 항목별 작성 팁

이론

Shockley 식의 가정(이상 다이오드)과 실제 차이를 명시. 직렬저항·반응속도 보정.

§7

자주 하는 실수

— 보호저항 없이 다이오드에 직접 전압을 가하는 것
— ln I 그래프에서 누설 전류가 큰 저전압 영역까지 적합하는 것
— LED 도통 전압이 색깔별로 다른 것을 고려하지 않는 것

§8

자주 묻는 질문

Q. 왜 LED의 정방향 전압이 색깔마다 다른가요?

LED 발광 파장은 반도체 밴드갭에 의해 결정됩니다. 도통 전압 ≈ 밴드갭 에너지/전자전하. 빨강(파장 큼, 밴드갭 작음) ≈ 1.8 V, 파랑(파장 작음, 밴드갭 큼) ≈ 3.0 V. 흰색 LED는 청색 + 형광체로 만들어 약 3 V 이상.

Q. 실제 다이오드의 이상 인자 n이 1이 아닌 이유는?

Shockley 식은 확산 전류만 고려합니다. 실제 다이오드는 공핍층 내부 재결합·발생 전류, 표면 누설 등이 추가되어 n이 1보다 커집니다. 작은 신호 다이오드는 n ≈ 1.5~2가 흔합니다.

§9

참고 표준·문헌

본 가이드는 다음 표준·교과서·핸드북의 정의·식·표준 절차를 따라 작성되었습니다. 학교 양식과 표준 절차가 다를 경우 학교 양식을 우선합니다.

[1]Sedra, A.S., Smith, K.C. — Microelectronic Circuits, 8th ed., Oxford University Press, 2019
[2]Irwin, J.D., Nelms, R.M. — Basic Engineering Circuit Analysis, 11th ed., Wiley, 2015

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