다이오드와 LED

교육과정: KS3, GCSE, Sek I, cycle 4

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목표

다이오드가 한 방향으로만 전류를 흘린다는 것을 확인하고, LED를 전류 제한 저항과 함께 연결합니다.

실험 장치

위쪽에는 4.5 V / 1 W 전구가 달린 5 V 회로가 두 개 있습니다. 왼쪽 회로에서는 다이오드가 순방향으로, 오른쪽 회로에서는 역방향으로 연결되어 있습니다. 아래쪽에는 5 V 전압원, 220 Ω 저항, LED가 있습니다.

실험 방법

1. 위쪽 두 회로의 전구를 비교하세요.
2. LED를 살펴보세요.
3. LED에 연결된 저항의 매개변수 카드에서 220 Ω을 1 kΩ으로, 그다음 100 Ω으로 바꾸세요.

예상 결과

다이오드를 순방향으로 연결하면 전구가 켜지고, 역방향으로 연결하면 켜지지 않습니다. 다이오드는 애노드에서 캐소드 쪽으로만 전류를 흘립니다. LED가 켜지며, LED에 흐르는 전류는 약 14 mA입니다. LED에 약 1.8 V, 저항에 나머지 3.2 V가 걸립니다. 1 kΩ에서는 LED가 어두워지고, 100 Ω에서는 더 밝아집니다 — 전류는 약 31 mA입니다. 일반적인 5 mm LED의 동작 전류는 20 mA, 최대 전류는 25–30 mA이므로, 31 mA는 이미 한계에 이른 값입니다. 전류를 제한하는 것은 저항입니다. 저항이 없으면 전압원과 LED 자체만이 전류를 제한하게 되어, 실제 LED는 곧바로 타 버릴 것입니다.

질문

1. 회로도를 보고 다이오드가 어느 방향으로 전류를 흘리는지 어떻게 알 수 있습니까?
2. 9 V 전원에 2 V, 20 mA LED를 연결하려면 어떤 저항이 필요합니까?

답

1. 다이오드 기호는 막대를 가리키는 삼각형입니다. 전류는 삼각형이 가리키는 방향으로, 즉 삼각형 쪽의 애노드에서 막대 쪽의 캐소드로 흐릅니다.
2. 저항은 20 mA에서 나머지 9 − 2 = 7 V를 맡아야 합니다. \(R = (U - U_{LED}) / I\) = 7 V / 0.02 A = 350 Ω입니다. 이보다 큰 값 중 가장 가까운 표준값인 390 Ω을 쓰면 약 18 mA가 흐릅니다.