실험 가이드
다이오드 커트인 전압 0.7 V는 어디서 나올까
PSpice로 구한 다이오드 전류-전압 데이터로 '켜지는 전압'의 정체를 확인합니다.
실리콘 다이오드는 "0.7 V부터 켜진다"고 배웁니다. 그런데 전류-전압 곡선을 직접 그려 보면 0.7 V에서 갑자기 꺾이는 점은 없습니다. PSpice 다이오드 모델로 구한 데이터를 지수 함수로 맞춰 보면 이유가 보입니다.
1. 데이터와 지수 모델
| 다이오드 전압 | 전류 | 모델 값 |
|---|---|---|
| 300 mV | 4.91 µA | 4.92 µA |
| 400 mV | 34 µA | 34.4 µA |
| 450 mV | 91 µA | 91 µA |
| 520 mV | 357 µA | 355 µA |
| 580 mV | 1.14 mA | 1.14 mA |
| 620 mV | 2.52 mA | 2.49 mA |
| 650 mV | 4.48 mA | 4.46 mA |
| 680 mV | 8.05 mA | 7.99 mA |
| 700 mV | 11.8 mA | 11.8 mA |
| 720 mV | 17.4 mA | 17.4 mA |
| 740 mV | 25.5 mA | 25.7 mA |
| 760 mV | 37.3 mA | 37.9 mA |
12개 점이 모두 I = Is · e^(V / nVT) 한 식에 1.6% 안으로 맞습니다. 로그 회귀로 구한 값은 nVT = 51.4 mV(이상 계수 n ≈ 1.99), Is = 14.4 nA입니다.
2. 꺾이는 점이 없는 이유
지수 함수라서 전압이 118 mV 오를 때마다 전류가 10배가 됩니다. 이 비율은 300 mV에서도 700 mV에서도 같습니다. 선형 눈금 그래프에서 0.6~0.7 V 부근이 "꺾여" 보이는 것은 그 근처에서 전류가 mA 단위가 되어 눈에 띄기 시작하기 때문입니다.
3. 커트인 전압은 전류로 정해진다
| '켜졌다'고 보는 전류 | 그때의 전압 |
|---|---|
| 10 µA | 336 mV |
| 100 µA | 455 mV |
| 1 mA | 573 mV |
| 10 mA | 692 mV |
| 100 mA | 810 mV |
"켜졌다"를 1 mA로 보면 약 573 mV, 10 mA로 보면 약 692 mV입니다. 교재의 0.6~0.7 V는 보통 회로에서 흐르는 수 mA~수십 mA 전류에 해당하는 값입니다. 전류가 더 크거나 온도가 낮으면 조금 더 높아집니다.
4. 반파 정류회로와 연결하기
같은 실험의 반파 정류 시뮬레이션에서 입력 첨두 5.00 V일 때 출력 첨두는 4.35 V로, 다이오드에서 0.65 V가 빠졌습니다. 1 kΩ 부하에 첨두 4.35 mA가 흐를 때 모델로 구한 다이오드 전압은 649 mV입니다. 정류회로 계산에 다이오드 전압 강하 0.65 V를 쓰는 근거가 이것입니다. 커패시터를 달면 충전 순간에 전류가 커져 전압 강하도 조금 더 커집니다. 이어지는 계산은 정류회로 리플 계산기에서 할 수 있습니다.
5. 보고서에 쓸 때
- 커트인 전압을 적을 때는 기준 전류를 함께 적으세요. 예: "I = 1 mA에서 0.57 V".
- 세로축을 로그 눈금으로 그리면 직선이 되고, 기울기로 이상 계수 n을 구할 수 있어 고찰이 훨씬 구체적이 됩니다.
LED도 같은 원리라 색마다 순방향 전압이 다릅니다. LED 직렬 저항은 LED 저항 계산기, 역방향 항복을 쓰는 다이오드는 제너 다이오드 계산기를 보세요.