BJT


BJT는 우선 이전 포스팅에서 설명한 트랜지스터를 생각하면 되겠습니다.


http://kkhipp.tistory.com/11


BJT는 Bipolar Junction Transistor의 줄임말이고 전자와 정공 모두 전류에 기여하여 Bipolar라고 합니다.


BJT는 쌍극성, FET는 단극성입니다.


N형과 P형 2개의 반도체를 접합시켜 만든 Transistor입니다.


그리고 BJT는 전류로 전류를 제어합니다! FET는 전압으로 전류를 제어합니다!

https://electronics.stackexchange.com/questions/207320/bjt-characteristic-curves-generating-them


BJT의 특성곡선입니다.


Cutoff Mode(차단영역)은 Base에 전류가 흐르지 않아 전류가 흐르지 않는 구간입니다.


또 Vbe가 0이거나 문턱전압보다 낮거나 출력전류 Ic가 0일 경우도 Cutoff Mode입니다.


Saturation Mode(포화영역)은 B-E에 순방향 전압을 주고 입력전압을 높여주면 Vce도 증가하여 전자들이 별 저항없이 베이스에서 


컬렉터로 이동합니다. Vce가 증가함에 따라 Ic가 일정하게 유지될때까지 증가합니다.


Active Mode(활성영역)  B-E에 순방향 전압, B-C에 역방향 전압일 때 전류가 비교적 일정해지며 BJT는 보통 이 구간에서 사용한다. 


http://ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=4574&id=173


CE는 가장 높은 이득으로 증폭되지만 반전되서 증폭되고 입력저항이 크다는 점이 특징이고


CB는 CE보다는 낮지만 높은 이득으로 증폭되고 입력저항이 작다는 점이 특징이고


CC는 전압이득은 1이지만 높은 입력저항과 높은 전류이득이 특징입니다.(버퍼)


FET


FET는 Field Effect Transistor의 줄임말로 전계효과를 이용한 트랜지스터입니다.


FET는 전자와 정공 둘 중 하나만 전류에 기여하며 전압으로 전류를 제어합니다.


P채널은 정공이 전류전도를 만들고 N채널은 자유전자가 전류전도를 만듭니다.

(BJT는 NPN,PNP라 부르고 FET는 N채널,P채널이라 부릅니다.)


스위칭 제어는 전압제어가 일반적이고 FET가 구조가 간단하고 제조단가가 저렴하기 때문에 대부분 FET가 쓰입니다.

http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/e_ckt30_6.htm


FET는 Gate전압에 의해 N과 P의 접합부에 공핍층이 발생하여 Channel의 폭이 넓어졌다 좁아졌다 하기 때문에 흐르는 전류가 제어됩니다. 


흔히 MOSFET을 많이 사용하는데 MOSFET은 Metal Oxide FET로 Gate 부분에 절연체를 추가 한것입니다.


동작원리를 N채널로 설명하면 Vgs가 가해지면서 Gate에 +전압이 인가되고 이로 인해 Gate쪽으로 전자가 당겨진다.


이 당겨진 전자들이 Drain과 Source사이에 채널을 형성합니다. 이 채널이 형성되면서 전류가 흐를 수 있게 됩니다.


FET의 특성곡선입니다. 우선 채널이 형성되어 있는 상태에서


Drain에 작은 전압을 인가할 때 Ohmic이라는 특성을 가지게 된다. 말 그대로 저항 같은 역할을 한다는 것이다. 


처음엔 Linear하게 전압이 상승할 때 전류도 상승하게 된다. Triode라고도 합니다.



http://fourier.eng.hmc.edu/e84/lectures/ch4/node13.html


하지만 Saturation 특성은 위와 같은 상황입니다.


하지만 Drain의 전압이 커지면서 Source쪽과 Drain쪽이 끌어당기는 정도가 달라져 Channel이 불균형하게 형성되어


Channel이 점점 좁아지면서 전류 증가량이 감소하다가 전류가 더 이상 증가하지 않게 됩니다.


이 상황을 Pinched off라고 합니다. 채널이 끊긴다고 해도 전류는 흐릅니다!



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이번엔 트랜지스터에 대해서 알아보겠습니다.


포스팅하기 전에 뭔가 트랜지스터는 어려울 거 같아라고 생각했는데


맞았습니다. 트랜지스터는 살짝 어렵더라고요. 제가 정확히 원리를 모르고 있었습니다ㅋㅋ

트랜지스터(TR)란


우선 트랜지스터는 기본적으로 전류를 증폭할 수 있는 부품이고 작은 베이스 전류로 큰 콜렉터 전류를 조절할 수 있습니다.


즉 증폭과 스위칭 기능에 사용합니다.


조사하면서 알게 된 내용인데 외국에서는 NPN, PNP 구분을 Not Pointed iN, Pointed iN으로 외우더라고요.


그림에서 B는 Base, C는 Collector, E는 Emitter입니다.

이젠 트랜지스터의 동작 원리에 대해서 알아보겠습니다.

우선 동작은 B에서 신호를 주면 E에서 전자를 보내 C에서 출력하는 형태입니다.


위 그림에서 E-B에선 순방향, B-C에선 역방향입니다.


B에 신호를 줘서 E-B구간에서 전자가 이동하면 B를 통과하고 C로 전자가 넘어가게 됩니다.


여기서 C로 전자가 넘어갈 수 있는 이유는 B의 막이 얇아서 무시하고 그냥 넘어갈 수 있습니다.


이때 C에는 무수히 많은 전자가 있기 때문에 마치 증폭된 것처럼 보입니다.


반대로 PNP는 B에 Low를 주면 작동을 하는 형태입니다. PNP는 NPN에서의 전자를 Hole로 생각하시면 됩니다.


http://dkwltmdgus.blog.me/220407463171 블로그에서 많이 배웠습니다.


트랜지스터 원리를 시각적으로 이해하기 좋은 유튜브


https://youtu.be/1fdQ_8k1sLU



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번 시간에는 다이오드에 대해서 알아보겠습니다!!!!


생각보다 많이 쓰이는 다이오드!!!


다이오드


먼저 다이오드는 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 해주는 소자입니다.


따라서 역전압을 막을 수 있고(부품의 고장 방지)


교류를 직류로 만들어 주는 기능도 할 수 있습니다. 이 경우 보통 브릿지 다이오드를 사용합니다.

 


출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/다이오드_브리지

 

다이오드에 대해서 좀 더 자세히 알아보면 PN접합으로 이루어져 있습니다.


출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/P%E2%80%93n_junction

 

N형 반도체는 전자가 많이 존재하고 P형 반도체는 정공(hole)이 많이 존재한다는 특성이 있습니다.


P형 반도체와 N형 반도체를 좀 더 살펴보면



출처 : http://blog.naver.com/dotori6822/220879438059

 

그림(가) N형 반도체는 14족(Si, Ge) 원자에 15족(P, As, Sb) 원자를 첨가(도핑)해서 전자가 존재하는 경우입니다.


그림(나) P형 반도체는 14족(Si, Ge) 원자에 13족(B, Ga, In)  원자을 첨가(도핑)해서 정공(hole)이 존재하고



출처 : https://electronics.stackexchange.com/questions/140596/diffusion-process-in-p-n-junction

 

 

PN접합경계면 주위에 자유전자와 정공의 확산에 의해 공핍층이 생기게 되는데요.


P쪽 공핍층에는 (-)이온이 남고 N쪽 공핍층에는 (+)이온 전하가 남습니다.


공핍층에는 전기장이 형성되며 전기장 때문에 정공과 자유전자가 더 이상 확산되지 않고요. 

이 상태에서 순방항 바이어스를 걸어주게 된다면



출처 : http://www.globalsino.com/micro/1/1micro9831.html

 

P쪽에 +가 걸리면 정공이 밀려나고 N쪽에 -가 걸리면 전자가 밀려나면서 공핍층이 역할을 못하면서 전류가 흐르게 됩니다.

반대로 역방향 바이어스를 걸어주게 된다면


출처 : http://www.globalsino.com/micro/1/1micro9831.html

 

P쪽에 -가 걸리면 정공들이 왼쪽으로 쏠리고 N쪽에 +가 걸리면 전자들이 오른쪽으로 쏠리면서 공핍층이 커지게 되면서 전류가 흐르지 않습니다.

순방향 바이어스와 역방향 바이어스를 통해서 다이오드가 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 해주는 기능의 원리를 알아보았습니다.

다음은 다이오드의 IV곡선에 대해서 알아보겠습니다.



출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diode-IV-Curve.svg

 

순방향일 때는 Vd(Diffusion voltage) 확산전압일 때 공핍층이 역할을 못하면서 전류가 확 증가하게 됩니다.


일반적으로 Vd는 0.7V이고요.


역방향일 때는 Vbr(Break voltage) 항복전압 이상으로 전압이 가해지면 다이오드는 파손됩니다.


위는 회로도에서의 다이오드 기호이고 아래는 실제로 사용하는 다이오드 사진입니다.


 


 

 

제너다이오드


이제에 제너다이오드에 대해서 알아보겠습니다~


제너다이오드란 다이오드의 역방향 기능을 이용한 소자이고 일반 다이오드보다 더 많은 불순물을 첨가합니다.


제너다이오드가 주로 쓰이는 곳은 정전압 회로입니다!


정전압 회로란 일정치 않은 전압이 입력으로 들어와도 항상 같은 전압이 출력으로 나오는 회로입니다.


일반적으로 Vin이 바뀌면 Is가 바뀌어서 부하에 일정하지 않은 전압이 걸립니다.


하지만 여기에 제너다이오드를 사용함으로써 Iz가 일정하지 않아도 Vz가 일정하게 걸려


Vout이 일정하게 즉 정전압으로 출력이 나옵니다.


위의 다이오드 IV 곡선 그래프를 보게 되면 Breakdown에서 전압을 별로 변하지 않지만 전류는 크게 변함을 볼 수 있습니다.


위 회로에서는 Iz가 크게 바뀌어도 Vz는 거의 일정한 값을 갖게 되는 것이죠. 

정리하자면 다이오드는 역전압을 방지하여 소자들의 고장을 방지하고 교류를 직류로 변환해주는데에도 사용됩니다.


그리고 제너다이오드는 다이오드의 역방향 기능을 이용한 소자이고 정전압 회로에 주로 사용됩니다!


 


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우선 이전 블로그에 있던 내용을 옮기고 차츰 내용을 추가하겠습니다.


저항


우선 저항의 가장 중요한 기능은 회로의 특정 부분에 흐르는 전류의 양을 제한하는 기능입니다.


보통 LED를 사용할 때 저항을 달아주는걸 생각하면 됩니다 ㅎ


저항이란 에너지를 소모하는 소자이고 옴의 법칙 V=IR로 가장 널리 알려진 소자입니다.


앰프의 바이어스르 잡거나 신호를 감쇄시키는 용도로도 사용된다고 합니다.


 


회로도에서 저항의 모습이고 아래는 실제 쓰이는 저항의 사진입니다.


 


인덕터,캐패시터


커패시터와 인덕터는 회로의 매칭이나 필터의 설계에 쓰입니다.


그리고 저항과 달리 에너지를 저장하는 특성을 가지고 있습니다.


우선 Inductance 와 Capacitance는 반대되는 현상이고 


따라서 L(Inductance) C(Capacitance)는 반대되는 특성을 가지고 있습니다.


그런데 왜 Capacitance는 C를 따서 표기하는데 Inductance는 L로 표기하느냐


아마 I는 전류로 이미 널리 사용하고 있기 때문이라고 들었던 기억이 납니다.



인덕터

우선 인덕터는 저주파를 통과시키는 특성이 있습니다. 고주파는 차단하는 특성이고요.

따라서 AC Block으로도 불립니다.

그리고 전류의 변화를 막는 소자입니다.

인덕터의 값이 작을수록 전류가 더 잘 흐를 수 있습니다.

그리고 인덕터는 전류를 충전하는 소자입니다.

인덕턴스는 선로길이가 길 때 나타나는 현상이므로 선로를 스프링 모양으로 감으면 적은 면적에 많은 커패시턴스를 구현할 수 있다.

단위는 [H] 헨리 입니다.


 

인덕터에서 v(t)를 구하는 공식이고 아래는 회로도에서의 인덕터와 실제 쓰이는 인덕터의 사진입니다.


 

커패시터

우선 커패시터는 고주파를 통과시키는 특성있습니다, 저주파는 차단하는 특성이고요.

따라서 DC Block으로도 불립니다.

그리고 전압의 변화를 막는 소자입니다.

같은 주파수일 때 커패시터의 값이 클수록 전류가 더 잘 흐를 수 있습니다.

그리고 커패시터는 전압을 충전하는 소자입니다.

단위는 [F] 패럿입니다.


 


커패시터에서 i(t)를 구하는 공식이고 아래는 회로도에서의 커패시터와 실제 쓰이는 커패시터의 사진입니다.


 


정리하자면 저항하고 인덕터, 커패시터는 회로 중에서 가장 기본적인 구성을 하고 있으며
이들이 모여서 많은 역할을 합니다.

나중에 RLC를 이용한 필터에 관한 포스팅도 하도록 하겠습니다.


참고(정말 좋은 자료) : http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/lc.htm



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정상상태 문제가 나오면 커패시터는 개방, 인덕터는 단락!


전력 특히 컨버터에서 인덕터는 에너지 저장

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