12V 제너 다이오드 전압 레귤레이터 실험

부품 및 재료

• 6V 배터리 4개 (직렬 연결 시 총 24V)
• 12V 제너 다이오드 (예: 1N4742, Radio Shack #276-563 또는 동등품)
• 10kΩ 저항

이 실험에는 어떤 저전압 제너 다이오드든 괜찮습니다. 단일 배터리 전압을 초과하는 제너 전압 제품을 권장합니다. 그러면 브레이크다운 미만 조건에서의 거동을 관찰할 수 있습니다.

참조 자료

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapter 3: "Diodes and Rectifiers" (다이오드와 정류기)

학습 목표

• 제너 다이오드가 전압을 조절하는 원리 이해
• 제너 회로에서 직렬 저항의 역할 인식
• 서로 다른 공급 전압에서 소자별 전압 강하 분석

회로도

 

 

실물 배선도

 

 

실험 방법

위 회로를 구성하되, 제너 다이오드가 역바이어스(캐소드가 양극, 애노드가 음극)가 되도록 연결하세요. 단일 6V 배터리를 전원으로 사용하고 다이오드 양단 전압을 측정하세요. 이 기준 읽기를 기록하세요.

두 번째 6V 배터리를 직렬로 추가해 12V 전원을 만드세요. 멀티미터로 다이오드 전압 강하와 저항 전압 강하를 재측정하세요.

세 번째, 네 번째 배터리를 계속 추가해 각각 18V, 24V 전원을 만드세요. 각 공급 레벨마다 제너 양단 전압과 저항 양단 전압을 기록하세요. 제너 전압이 브레이크다운 값(≈12V)을 결코 초과하지 않으며, 초과 전압은 저항이 떨어뜨림을 관찰하세요.

핵심 포인트:

• 제너 다이오드는 자기 양단 전압을 정격 값으로 클램핑합니다.
• 전압을 생성할 수는 없습니다. 공급 전압이 제너 전압 미만이면 다이오드 강하는 공급 전압과 같습니다.
• 직렬 저항은 전류를 제한하고 여분 전압을 흡수합니다.

컴퓨터 시뮬레이션

노드 번호가 표시된 SPICE 회로도:

 

 

넷리스트 (다음 내용을 텍스트 파일에 복사):

Zener diode
v1 1 0
r1 1 2 10k
d1 0 2 mod1
.model mod1 d bv=12
.dc v1 18 18 1
.print dc v(2,0)
.end

SPICE 모델은 표준 다이오드에 역방향 브레이크다운 파라미터(bv=12)를 원하는 제너 전압으로 설정해 구현합니다.

 

관련 워크시트

• Zener Diodes Worksheet
• Regulated Power Sources Worksheet