홍라이프 계산기쇼클리 다이오드 방정식 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
이 계산기는 쇼클리 이상 다이오드 방정식으로 p–n 접합에 주어진 전압에서의 전류, 또는 주어진 전류에서의 전압을 구합니다. 열전압, 소신호 저항, 소비 전력, 전류가 10배 될 때 필요한 추가 전압도 보여 주어 전자 공학과 반도체 수업에 쓰입니다.
계산 방법
I = I_S (e^(V ÷ (n V_T)) − 1)
V = n V_T ln(1 + I ÷ I_S)
V_T = k T ÷ q
소신호 저항 r_d = n V_T ÷ (I + I_S)
10배당 전압 = n V_T ln 10
- I_S는 포화 전류, n은 이상 계수(1~약 2), T는 접합 온도입니다.
원리
순방향 바이어스된 접합에서 가한 전압은 운반자가 넘어야 할 에너지 장벽을 낮춥니다. 장벽을 넘을 만큼 열에너지를 가진 운반자 수는 장벽이 낮아질수록 지수적으로 늘어나므로, 전류는 전압에 따라 지수적으로 커집니다. 그 크기를 정하는 것이 열전압 kT/q로 상온에서 약 26mV입니다. 이상 계수는 실제 다이오드의 재결합을 반영해 지수 곡선을 늘려 줍니다.
예제 풀이
기본값인 전압으로 전류 구하기, I_S = 10⁻¹²A, n = 1.5, 25°C, V = 0.6V로 계산합니다.
- V_T = 1.380649 × 10⁻²³ × 298.15 ÷ 1.602 × 10⁻¹⁹ = 25.693mV입니다.
- V ÷ (n V_T) = 0.6 ÷ 0.03854 = 15.57입니다.
- I = 10⁻¹² × (e^15.57 − 1) = 0.005773mA(5.77µA)입니다.
- r_d = 0.03854 ÷ 5.773 × 10⁻⁶ = 6,675.74Ω, 전력 = 0.6 × 5.773µA = 0.003464mW입니다.
- 10배당 전압 = 1.5 × 25.693 × 2.3026 = 88.7mV입니다.
| 순방향 전압 V (V) | 다이오드 전류 (mA) |
|---|---|
| 0.15 | 4.802e-8 |
| 0.3 | 0.000002402 |
| 0.45 | 0.0001178 |
| 0.6 | 0.005773 |
| 0.75 | 0.283 |
| 0.9 | 13.87 |
| 1.2 | 33,330 |
결과 해석
지수 관계 때문에 작은 전압 변화가 큰 전류 변화를 만듭니다. 이 예에서는 88.7mV마다 전류가 10배가 됩니다. 동저항은 전류가 커질수록 작아집니다. I_S는 온도와 소자에 따라 크게 달라지므로 사용하는 부품의 값을 쓰십시오.
흔한 실수
- 모든 전류에서 0.7V 고정 강하를 쓰는 경우
- 이상 계수를 무시하는 경우
- 큰 전류에서 직렬 저항을 잊는 경우
- 다른 온도의 I_S를 쓰는 경우
자주 묻는 질문
상온의 열전압은 얼마입니까?
25°C에서 약 25.7mV입니다.
이상 계수는 무슨 뜻입니까?
다이오드가 이상적인 지수에서 얼마나 벗어나는지를 나타내며, 1이 이상적이고 재결합이 많으면 약 2까지 커집니다.
순방향 전압이 거의 일정해 보이는 이유는 무엇입니까?
전류가 전압에 매우 민감해, 넓은 전류 범위가 좁은 전압 범위에 해당하기 때문입니다.
온도가 순방향 전압을 바꿉니까?
그렇습니다. 같은 전류에서 온도가 오르면 순방향 전압은 낮아집니다.
전류로 전압을 구할 수도 있습니까?
됩니다. 계산 방식을 바꾸면 V = n V_T ln(1 + I ÷ I_S)로 구합니다.
출처: Shockley ideal-diode equation (standard semiconductor result); BIPM SI Brochure (2019) for k and q