다이오드 연습문제 (정류·리플·제너·LED, 풀이 포함)

다이오드를 0.7 V짜리 전압 강하로 보는 근사부터, 그 근사가 왜 통하는지까지 다룹니다.

핵심 공식

I = (V_s − V_f)/(R)

V_r ≈ (V_p)/(2fRC)

R_s = (V_s − V_z)/(I_L + I_z)

문제 10

객관식 3문제와 수치 입력 7문제입니다. 수치는 단위 칸에 적힌 단위로 넣고(예: 2.55), 4.7k처럼 접두어를 붙여도 됩니다. 계산 중간에 반올림한 차이는 정답으로 봅니다(±2%). 다 풀고 맨 아래 제출하고 채점하기를 누르면 정답과 단계별 풀이가 열립니다.

5 V 전원, 실리콘 다이오드(순방향 0.7 V), 1 kΩ 저항이 직렬로 연결되어 있고 다이오드는 순방향입니다. 전류는 몇 mA인가요?
mA
정답: 4.3 mA
풀이
1. 다이오드를 0.7 V짜리 전압 강하로 보는 정전압 모델을 씁니다.
2. I = (5 − 0.7)/(1 kΩ) = (4.3 V)/(1 kΩ) = 4.3 mA
3. 실제 순방향 전압은 전류에 따라 0.6~0.75 V 정도로 조금씩 달라집니다.
옴의 법칙·전력 계산기로 확인하기
위 회로에서 다이오드 방향만 거꾸로(역방향) 연결하면 전류는?

A5 mAB4.3 mAC거의 0 (nA~µA 수준의 누설 전류)D0.7 mA
정답: C. 거의 0 (nA~µA 수준의 누설 전류)
풀이
1. 역방향 다이오드는 항복 전압에 이르기 전까지 거의 전류를 흘리지 않습니다.
2. 전원 전압 5 V는 거의 모두 다이오드에 걸리고, 저항 전압은 0에 가깝습니다. 흐르는 것은 아주 작은 누설 전류뿐입니다.
정류 리플 계산기로 확인하기
최댓값 12 V인 사인파를 실리콘 다이오드(0.7 V) 하나로 반파 정류합니다. 출력 전압의 최댓값은 몇 V인가요?
V
정답: 11.3 V
풀이
1. 반파 정류에서는 전류가 다이오드 하나를 지납니다.
2. V_p,out = 12 − 0.7 = 11.3 V
3. 음의 반주기에는 출력이 0 V이고 다이오드에 역방향으로 12 V가 걸립니다.
정류 리플 계산기로 확인하기
최댓값 12 V인 사인파를 브리지 정류(다이오드 4개, 각 0.7 V)합니다. 출력 전압의 최댓값은 몇 V인가요?
V
정답: 10.6 V
풀이
1. 브리지에서는 어느 반주기든 전류가 다이오드 두 개를 직렬로 지납니다.
2. V_p,out = 12 − 2 × 0.7 = 10.6 V
3. 다이오드가 네 개라고 2.8 V를 빼는 실수가 흔합니다. 한 번에 도통하는 것은 두 개입니다.
정류 리플 계산기로 확인하기
전파 정류 출력 최댓값이 10.6 V, 전원 주파수 60 Hz, 부하 1 kΩ, 평활 커패시터 470 µF입니다. 근사식으로 구한 리플 전압(peak-to-peak)은 몇 mV인가요?
mV
정답: 187.9 mV
풀이
1. 전파 정류의 리플 근사식은 V_r ≈ (V_p)/(2fRC)입니다. 리플 주파수가 120 Hz라서 2f가 들어갑니다.
2. V_r ≈ (10.6)/(2 × 60 × 1,000 × 470 × 10^(⁻⁶)) = (10.6)/(56.4) = 0.188 V
3. 즉 약 187.9 mV입니다. 반파 정류라면 2가 빠져 리플이 두 배가 됩니다.
정류 리플 계산기로 확인하기
12 V 전원에서 5.1 V 제너 다이오드로 10 mA 부하에 전원을 줍니다. 제너에 최소 5 mA를 남기려면 직렬 저항은 몇 Ω인가요?
Ω
정답: 460 Ω
풀이
1. 직렬 저항에는 부하 전류와 제너 전류가 함께 흐릅니다: 10 + 5 = 15 mA.
2. R_s = (V_s − V_z)/(I_L + I_z) = (12 − 5.1)/(0.015) = (6.9)/(0.015) = 460 Ω
3. 표준값은 이보다 작은 430 Ω을 고릅니다. 크게 고르면 제너 전류가 5 mA 아래로 떨어집니다.
제너 저항 계산기로 확인하기
5.1 V 제너 다이오드에 20 mA가 흐릅니다. 제너가 소비하는 전력은 몇 mW인가요?
mW
정답: 102 mW
풀이
1. P = V_z·I_z = 5.1 V × 0.020 A = 0.102 W = 102 mW
2. 부하가 빠지면 부하 전류까지 모두 제너로 흐르므로, 정격은 부하가 없을 때를 기준으로 고릅니다.
제너 저항 계산기로 확인하기
실리콘 다이오드에 같은 전류를 흘리면서 온도를 올리면 순방향 전압은?

A1 °C마다 약 2 mV씩 낮아진다B1 °C마다 약 2 mV씩 높아진다C온도와 무관하게 0.7 V로 일정하다D1 °C마다 약 0.1 V씩 낮아진다
정답: A. 1 °C마다 약 2 mV씩 낮아진다
풀이
1. 실리콘 접합의 순방향 전압은 온도 계수가 약 −2 mV/°C입니다.
2. 그래서 25 °C에서 0.65 V인 다이오드는 75 °C에서 약 0.55 V가 됩니다. 이 성질은 온도 센서에도 쓰이고, BJT 바이어스가 열에 따라 움직이는 원인이기도 합니다.
정류 리플 계산기로 확인하기
3.3 V 마이크로컨트롤러 핀으로 빨간 LED(2.0 V)에 10 mA를 흘리려고 합니다. 직렬 저항은 몇 Ω인가요? (핀의 전압 강하는 무시)
Ω
정답: 130 Ω
풀이
1. R = (3.3 − 2.0)/(0.010) = (1.3 V)/(0.010 A) = 130 Ω
2. 저항에 걸리는 전압이 1.3 V로 작아서, LED 전압이 조금만 달라져도 전류가 크게 변합니다. 실제 핀은 전류가 흐르면 출력 전압도 조금 떨어집니다.
LED 직렬 저항 계산기로 확인하기
이상적인 다이오드(n = 1, 실온 V_T ≈ 25.9 mV)의 전류를 10배로 늘리면 순방향 전압은 약 얼마나 올라가나요?

A약 6 mVB약 60 mVC약 0.6 VD두 배가 된다
정답: B. 약 60 mV
풀이
1. 다이오드 식 I = I_S·exp((V)/(V_T))에서 ΔV = V_T·ln((I₂)/(I₁))입니다.
2. ΔV = 25.85 mV × ln 10 = 59.5 mV, 약 60 mV입니다. 전류가 10배 바뀌어도 전압은 조금만 바뀌므로 '0.7 V로 일정'이라는 근사가 통합니다.
3. 자세한 실측 예는 다이오드 커트인 전압 0.7 V는 어디서 나올까 가이드에 있습니다.
정류 리플 계산기로 확인하기

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