Diode와 저항 (Ge diode DC 및 AC 특성)

[박재현]

제목을 거창하게 붙혀봤는데요,

사실 별 내용은 없습니다.

마이더스 회원님께서 아래 4가지 diode에 대한

AC 특성 분석이란 글에 대한 댓글을 바탕으로 재측정한 결과입니다.

먼저 마이더스 회원님께서

"다이오드 출력측에 부하저항을 연결. 그러니까 오실로스코프 프로브 입력과

접지에 1k정도 저항을 연결해 오실로 스코프 입력 임피던스를 낮춰 주시면

정상파형을 보실 수 있을겁니다."

란 커멘트를 따라 재측정 하였을 때 Ge diode가 정류 작용을 하고 있다는 것을 보여줘서

이 글을 씁니다.

실제 제가 이번에 산 상용 광석라디오의 조립도를 보면 Ge diode에 저항이 2개나 들어가고,

특히 diode와 접지 사이에 2M짜리 저항이 있는 것이 보이는데요.

이 저항이 마이더스 회원님께서 지적하신 역할을 하고 있지 않나 그냥 추측해봅니다.

(혹시 틀렸으면 친절한 가르침 부탁드립니다.)

우연인지는 몰라도 제가 이번에 산 상용 광석라디오 키트에 들어가는

Ge 다이오드와 이번에 따로 사서 측정한 Ge diode는 같은 모델입니다.

 DC에 대하여 transfer curve를 구해봤구요, 측정기기 한계로 인해 V= 0.37 V일 때 IF(forward current)/IB(backward current) ratio, 흔히 rectification ratio가 대략 1.85x10^3으로 나오네요.

다이오드에도 저항이 있고, 연결부위에도 작은 저항이 있기에 serial resistance model에 따라 아래 수식을 구한 후

current로 나누고, 미분해 주면 serial resistance라는 값을 구할 수 있는데, 이 값은 Ge diode의 diode만을 뽑고 나머지 각종 저항을 따로 뽑아낸 식이라고 보면됩니다.

따라서 정리해보면, serial resistance 값이 대략 230옴이 나오고, ideality factor (얼마나 이 다이오드가 이상 다이오드에 가까운 행동을 하냐)를 뽑아보면 1이 나오는데, 1이 ideal의 경우입니다.

역시 사용다이오드는 특성이 좋습니다. ㅎㅎ....

따라서 Ge diode는 정상이다고 판단해도 될 듯 합니다.

그리고 아래 왼쪽이 그냥 diode만을 가지고 AC를 측정한 결과와

마이더스 회원님의 조언에 따라 측정한 결과입니다.

100 Hz 까지는 정류작용을 하는 것과 같은 결과를 얻을 수 있었습니다.

조금 있다가 이 저항을 1M옴 이상으로 올렸을 때 AM 라디오 영역(수백 kHz) 전파를

충분히 정류할 수 있다는 결과를 보고프네요.

결과 구하면 다시 한 번 더 올려보겠습니다.

마이더스님께 한번 더 감사의 인사를 올립니다.

박재현 올림.

[박재현]

요기 데이터는 제가 직접 만든 데이터이기 때문에 필요하신 분은 잘 활용해주시면 감사하겠습니다.
그리고 선배님들의 많은 커멘트 부탁드립니다.

[마이더스]

Ge 다이오드 1N60 데이터 시트에 보면 -15V일때 리버스커런트는 최대 5uA로 나옵니다. (1N34는 100uA@-10V)
그러면 1V일때는 5uA/15 = 0.333uA가 되고 다이오드의 역방향 등가 저항은 1/0.333uA = 3003003옴 으로 계산됩니다.
오실로 스코프의 입력 임피던스는 10메가옴 이므로 결국 다이오드와 병렬로 3메가옴의 저항이 병렬 연결된것과
같아지므로 누설전류에 의한 전압(V*(7/10))이 오실로 스코프에 나타나게 됩니다. 이때 역방향 누설 전류가
무시될수 있도록 상대적으로 다이오드의 순방향 전류를 크게하고 누설전류에 의한 측정점 전압 상승을 막기위해서는
충분한 부하저항을 연결해 출력 임피던스를 낮춰줄 필요가 있습니다.

[마이더스]

이런 누설전류에 대한 영향 뿐만 아니라
다이오드의 Junction Capacitance가 ~수pF 되므로 등가 병렬 콘덴서에 대한 AC(RF) 누설은 주파수가 높아질수록
커지게 되어 정류작용에 악영항을 끼치게 되겠습니다. 또한 오실로 스코프 프로브의 Input Capacitance는 평활(적분필터)
작용을 하게 되므로 높은 임피던스에 주파수가 높아질수록 측정 오차가 커지게 됩니다.
이런 이유로 오실로스코프로 깨끗이 반파 정류된 고주파 파형을 보기는 상당히 어렵습니다.

[마이더스]

실제로 1N60같은 Ge 다이오드는 수백MHz까지 정류가 잘됩니다. 하지만 높은 주파수에 잘 동작 시키려면 출력 임피던스를
극단적으로 낮춰야 하는데 이때는 낮은 저항을 사용하는것 보다 낮은 ESR의 소용량 콘덴서를 부하저항에 병렬로 연결하면
임피던스도 낮출뿐 아니라 평활 작용까지 되어 AM신호의 포락선 검파를 가능하게 합니다.

[마이더스]

위의 설명을 잘 읽어 보셨으면 다이오드의 정류기능 측정 방법을 바꿔야 하는 이유를 이해 하셨을겁니다.
복잡하게 생각하지 마시고 다이오드 출력측에 부하저항 10k 정도, 세라믹 콘덴서 0.1uF을 병렬 연결하여 1MHz이상에서 반파정류된 DC 전압을 측정해 보시면 됩니다.
예를 들어 1Vp-p 입력에 1n60을 사용했을때 출력 전압은 (((1Vp-p)/2) * 1.414) - 0.1 = 0.607V으로 계산 되므로 신호발생기의 주파수를 계속 올렸을때 얼마까지 0.6V를 유지 하는가를 확인하면 됩니다.

[박재현]

낫 놓고 ㄱ자도 모른다는 말은 이럴때 쓰는 말임이 느껴집니다. 좋으신 말씀 해주셨는데 솔직히 까막눈이라 지금 당장은 이 글에 따라 전압을 측정해 볼 수 없다는 것에 안타까움을 느낍니다. 그리고 위에 제가 구한 serial resistance 값은 정반향의 저항을 구한 것이고, 마이더스님께서 알려주신 부분은 누설전류에 대한 저항을 말씀하시는 것이니까 순수한 다이오드를 놓고, 정전압과 역전압에 대하여 스위치가 이 두 저항을 거쳐 흐르게 한다고 생각하면 되는것인지가 하나 궁금하네요.
그리고 이 부분을 크리스탈 라디오에 결부시켜 생각할 때 function generator를 통해 발생시킨 AC 전압이 안테나를 통해 들어오는 전압,

[박재현]

오실로스코프에서 읽는 전압을 이어폰을 통해 듣는 소리, 그리고 다이오드 이후에 저항과 캐패시터를 각각 설정하고 듣는다고 할 때 귀에 들리는 소리는 어떤 주파수대에서 잘 들리나라는 것으로 생각해 볼 수 있는 문제로 생각해 볼 수 있을까요?

[박재현]

그러니까 다이오드 뒤에 직렬로 연결된 병렬상태의 저항과 캐패시턴스 캡값을 바꿔가며 소리를 들을 때 좋은 정류 신호가 우리가 듣고자하는 소리로 결부시킬 수 있을까라는 의문이 듭니다.
전 그냥 혹시 이렇게 생각해 볼 수 있지 않을까 생각해버렸거든요.

[moru(민형기)]

안녕하세요 박재현님. 눈금의 크기를 읽을 수 있도록 측정화면을 크게 올려줄수 있습니까?