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콘덴서에 대한 설명- 콘덴서: 👉 https://youtu.be/oD4R0dG6qoQ
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다이오드(diode) – 순방향 전압강하 – 네이버 블로그
기억해 두어야 할 특성 – 순방향 전압강하 순방향은 다이오우드 스위치가 on 되어 전류가 흐르는 방향을 말하고, 역방향은 그 반대방향을 말한다.
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 2/2/2022
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다이오드 전압 강하: 무엇을, 왜, 어떻게 및 자세한 사실
다른 다이오드의 전압 강하는 다릅니다. 일반적으로 소형 실리콘 다이오드의 경우 0.6~0.7V 범위입니다. 쇼트키 다이오드의 경우 전압 강하 값은 0.2V입니다. 발광 …
Source: ko.lambdageeks.com
Date Published: 11/3/2022
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다이오드 원리와 종류 – 전자스핀의 전자구름띠
먼저 다이오드 원리에 대해서 정리를 해보도록 하겠습니다 다이오드는 기본적으로 PN 접합형 … 보통 전압강하는 실리콘 반도체를 사용하기 때문에.
Source: jajeoncloud.tistory.com
Date Published: 9/1/2022
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다이오드의 순방향 전압 강하 (VF) – 지식
다이오드의 순방향 전압 강하 (VF). – Aug 27, 2018-. 다이오드의 가장 중요한 특징은 일방 전도성이다. 회로에서 전류는 다이오드의 양극에서 음극으로 흐릅니다.
Source: m.ko.silicon-diode.com
Date Published: 2/15/2022
View: 9984
다이오드에서 순방향 전압의 중요성 – 자주 묻는 질문
파형의 어느 지점에서나 사용되는 두 개의 다이오드에서는 전압 강하가 발생합니다. 한 개당 700mV면 1.4V의 전력 손실이고 이는 전체 소비 전압의 …
Source: forum.digikey.com
Date Published: 6/12/2021
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[반도체소자] 다이오드의 전압강하 1부 – Daum 블로그
다이오드는 한쪽 방향으로만 전류를 통과시킨다는 사실만 알면 되는…. 만만한 녀석이 아니다. 반도체의 전압강하(voltage drop)는 아주 특별하다.
Source: blog.daum.net
Date Published: 3/25/2022
View: 7734
엔지니어에게 최상의 대안이 될 수 있는 ‘아이디얼 다이오드’
아이디얼 다이오드 IC는 MOSFET(산화막 반도체 전기장효과 트랜지스터)와 연결하기만 하면 전압 강하와 누설 전류를 현저히 낮추면서 다이오드와 유사하게 …
Source: www.eewebinar.co.kr
Date Published: 2/30/2021
View: 8389
정류 다이오드 기본 (Rectifier diode) – Engineering Notes
전압(V)과 전류(I)에 영향을 받는 일반적인 저항과는 다르게, 다이오드에 흐르는 전류의 양과 관계없이 전압강하는 일정합니다. 다이오드의 종류에 따라 …
Source: bbangpower-blog.blogspot.com
Date Published: 9/28/2022
View: 5928
다이오드 순방향 전압이란 무엇입니까?
일반적으로 다이오드를 통과하는 전류의 양과 무관하며 주어진 다이오드 제품군에 대해 동일합니다. 일반적으로 가장 일반적으로 사용되는 실리콘 …
Source: m.ko.chipled-zd.com
Date Published: 9/21/2022
View: 2639
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주제에 대한 기사 평가 다이오드 전압 강하
- Author: 공학적인 사고방식
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- Date Published: 2020. 7. 30.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=RI3uH0eo6ek
다이오드(diode)
다이오우드(diode)는, 알다시피, 한쪽 방향으로만 전류를 흐르도록 하는 반도체 소자이다. 내부에 P형 반도체와 N형 반도체를 접합하여 P형 반도체쪽 전압이 N형 반도체쪽의 전압보다 높으면 전류가 잘 흐르게 된다. 반대로 전압을 걸어주면 거의 전류가 흐르지 않게 된다.
이와같이 다이오우드 양단에 전압을 어떻게 걸어주는냐에 따라 전류가 흐르기도 하고(ON 상태), 차단(OFF상태)되기도 하기 때문에, 다이오우드를 “다이오우드 스위치”라고도 부른다.
내부 구조나 기본적인 동작개념에 대해서는 학교에서 많이들 배웠을 것으로 본다. 다시 복습하고 싶으면, 왼쪽에 링크된 사이트들을 참고하기 바란다. 여기가, 기초강좌이긴 한데, 실무1년차를 위한 강좌이므로 좀 생략되는 내용이 있음을 이해해주기 바란다.
기억해 두어야 할 특성 – 순방향 전압강하
순방향은 다이오우드 스위치가 on 되어 전류가 흐르는 방향을 말하고, 역방향은 그 반대방향을 말한다. 그런데, ‘순방향’은 알겠는데 ‘전압강하’는 무슨 말인가?
만일 어떤 호스가 있는데, 그 사이에 한쪽 방향으로만 열리는 약간 무게가 있는 덮개가 있다고 해보자. 한쪽에서 물을 채우는 데, 별로 물을 미는 힘이 약한 상태로 두면 덮개는 완전히 열리지 않고 물을 졸졸졸 흘러보낼 뿐이겠지. 하지만, 물을 밀어넣는 힘이 어느정도만 되면, 그러니깐 덮개를 충분히 열어줄 정도만 되면 이제는 물이 아주 쉽게 흘러가게 될 것이다.
어쨌거나, 덮개를 완전히 열어젖히는데 5 라는 힘이 든다면, 물을 넣어주는 쪽에서 100 이라는 힘으로 밀어주면, 물이 흘러나오는 힘은 95 가 될 것이다.
이와 비슷한 일이 다이오우드에서도 일어난다. 순방향 전압을 걸어서 다이오우드 스위치를 완전히 on 시키는 데에 대략 0.2 V 에서 0.7 V의 전압이 낮아진다. 이것을 “순방향 전압강하”라고 한다. 순방향 전압강하는 다이오우드가 정해지면, 일정한 값을 가지게 된다. (데이터 시트를 보면 나온다)
우리는 순방향 전압강하가 0.5 V인 다이오우드를 쓴다고 해보자. 이경우 순방향으로 입력되는 +5 V 전압신호는 다이오우드를 지난 후에는 + 4.5 V 신호가 되는 것이다. 이해가 되는감?
앞으로는 다이오우드가 스위치 작동을 할 때, 그 댓가로 입력측의 전압 일부를 받아 챙긴다는 사실을 우리는 잊어서는 안되겠다. 이 ‘순방향 전압강하’는 나중에 바이폴라 트랜지스터의 중요한 특성이라 할 수 있는 ‘베이스-이미터 전압’이라는 이름으로 다시 등장할 예정이다.
다이오우드 연결방식과 역할
직렬 연결 – 정류
아래 그림과 같이 다이오우드를 입력과 출력 사이에 직렬로 연결한 경우는 많이들 보아서 잘 알고 있을 것이다. +E 에서 -E 까지 전압이 변화하는 입력신호가 들어오는 경우에 다이오우드의 연결 방향에 따라 출력은 (+)쪽의 신호만 통과시키게 된다.
여기서 유의할 점은, 입력신호와 출력신호의 모양은 같지만, 출력신호의 최고 전압이 +E 가 아니라 + (E-V F ) 가 된다는 점이다. 눈치 빠른 독자는 이미 알아차렸겠지만, V F 는 물론 앞 절에서 말한 “순방향 전압강하” 값이 된다.
즉, 입력전압이 +5 에서 -5V 까지 왔다갔다 하는 신호라면, 그 출력은 +4.5 V 에서 0 V (실제로는 0V 가 아니고, 역방향 전압이 걸릴때 약간의 누설전류가 흐르는데, 저항값에 따라 V=IR 식에 따라 약간 – 전압이 걸리지만…일단 생각지 말자.)
물론, 다이오우드를 방향을 바꾸어 연결하면 아래와 같이 (-) 신호만 통과시킬 수도 있다. 물론 이때에도 출력전압의 최대값은 – (E-V F ) 가 된다
[참고] 두 개를 서로 반대방향으로 묶어서 함께 연결한 다음의 그림을 보면 참 재미있다. 다이오우드는 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 것인데, 이렇게 양쪽으로 다 흐르게 한다면 무슨 의미가 있을까 의심스럽겠지만…이렇게 하므로써 바닥에 깔린 작은 잡음들이 제거된다.병렬 연결 – 전압 재단
자, 다이오우드는 정류소자다. 하지만, 직렬로 연결할 때 그렇게 부른다. 이 다이오우드는 그 외에도 아래와 같이 병렬로 연결해서도 많이 사용된다. 먼저 아래 그림을 보자.
본 적 있는 회로인가?
이 회로는 맨 앞에서 말한 다이오우드의 특성만 잘 이해하면 출력신호의 형태를 알아낼 수 있다. (-)신호가 들어올 때는 GND(그라운드)쪽에서 다이오우드가 on 상태가 되어서 전류가 흘러들어간다. 이때, 0 V 쪽은 고정되어 있고(우리가 전압의 기준으로 삼으니깐), 순방향 전압강하가 있으므로 출력신호 측에는 -V F 만큼의 전압이 나타나게 된다.
반대로 (+)신호가 들어올때는 다이오우드는 off 된다. 그럼 다이오우드 쪽은 생각하지말고, 저항만 연결된 것과 같은 상태가 된다. 당연히 저항 후단에서는 저항에 걸리는 전압만큼을 뺀 나머지 전압값이 출력단에 나타나게 되는 것이다.
그럼, 다이오우드를 반대로 연결하면? 아래 그림을 참고하라.
좀더 재미있게, 이제는 병렬로 두 개를 서로 반대방향으로 연결하면 어떻게 될것인가? (+) 신호가 들어올 때는 D 1 이 on, D 2 는 off, (-) 신호가 들어올 때는 D 1 은 off, D 2 가 on 이 된다.
여기서, 출력신호는 어떻게 될까? 두 경우 모두 다이오우드 하나 만큼의 전압강하가 일어나게 된다. 그래서, +V F 와 -V F 를 왔다갔다하는 출력이 나타나는 것이다. 만일 이 값은 순방향 전압강하가 0.5V 짜리라면, +0.5 V와 -0.5 V를 왔다갔다 하는 신호가 나온다는 말이다. 이해가 되나?
아마도, 당신이 실무 1년차라면, 이 부분이 좀 어렵게 느껴질 것이다. ‘순방향 전압강하’가 있다는 것은 그렇다고 받아들이겠는데, 그렇다고 왜 출력전압이 저렇게 되나?
다이오우드 전후의 전압변화 계산
다이오우드는 분명히 순방향으로 전압이 걸릴 때 전류가 흐른다. 어느 쪽으로? 전압이 높은 쪽에서 낮은쪽으로. 그런데, 그 차이가 +V F 로 정해진다고 했다. 그러면, 순방향 전류가 흐르는 동안(다이오우드가 on상태일 때)은 한쪽의 전압값을 알면 다른쪽을 알 수 있게 된다.
위 병렬연결 회로도에서, 한쪽을 GND(= 0 V = 기준전압)에 꽉 물려두었으니깐, 당연히 여기를 기준으로 그 반대편의 전압값을 알 수 있게 되는 것이다. 물론, on 상태일 때만 그렇다. 만일, 다이오우드가 off 상태라면, 다이오우드 위치에서 회로가 끊어진 것과 마찬가지 상태라고 생각하면 되겠다.
이상적인 다이오우드라면 순방향 전압강하가 0 이 되어야 할 것이다. 하지만, 실제 사용하는 반도체의 특성때문에 약간의 전압강하가 있게 된다. 따라서, 다이오우드를 사용할 때에는 항상 데이터시트를 보고, 그 값이 얼마나 되는지 확인하는 습관을 길러야 실수를 줄일 수 있다.
이번 강좌는 일반적으로 사용하는 정류용 다이오우드의 특성과 기본적인 사용법에 대한 이야기였다. 다음에는 특수한 용도로 사용하는 다이오우드이지만, 널리 쓰이고 있기 때문에 알아두러야 할 “제너 다이오우드”에 대해서 알아보도록 하겠다.
다이오우드의 특성에 대해서는 그냥 넘어가려고 했는데, 제너다이오우드(Zener Diode)를 이야기하려고 보니깐 다시 기본적인 특성부터 간단히 짚고 넘어가는 것이 나을 것 같다.
다이오우드의 기본특성
아래 그림이 일반적인 다이오우드의 특성곡선이다. 가로축이 다이오우드 양단에 인가하는 전압이고 세로축이 허용전류이다. 허용전류라는 것은 실제로 그러한 전류를 무조건 흘려준다는 뜻이 아니고…음…일단 아래그림을 보고 나서 이야기하자.
순방향 특성
(+)방향은 순방향전압이고, (-)방향은 역방향전압이다. 순방향으로는 약간의 전압만 걸면 금방 허용전류가 급격하게 커진다. 즉, 다이오우드 스위치가 on 상태가 된다.
일단 on 상태가 되면, 양단에 인가하는 전압을 더 올려도 실제로 다이오우드 양단에 걸리는 전압은 큰 차이가 없게 된다. 그래서 실제로 더이상 올라가지 않는다. 대신 직렬로 연결된 다른 소자에 걸리는 전압이 올라간다.
다시말하면 ‘순방향 전압강하’ V F 값이 거의 일정해진다. 이 값은 다이오우드에 따라 보통 0.2에서 0.7V 정도인데, 각 제조사에서 내놓는 데이터시트에 나와있다. 저항이나 콘덴서와는 달리, 반도체 다이오우드부터는 데이터시트를 직접 봐야하는데, 다음 강좌에서는 다이오우드의 데이터시트를 간단하게 살펴보겠다.
허용전류라는 것은, 양단에 그 전압을 걸면 다이오우드에 무조건 그 전류가 흐른다는 것이 아니고, 그 정도의 전류까지 ‘흐를 수 있다’는 것이다. 실제 회로에서는 허용전류 값까지 흐르게 만드는 경우는 없다.
전류가 많이 흐르면, 반도체 다이오우드는 내부저항 때문에 열이 난다. 열이 많이나면? 타버린다. 특히 반도체 소자들은 열에 약하다. 회로를 설계할 때 특히 주의해야한다. 잘 돌아가다가 문제가 발생한 회로에서 제일 먼저 해보는 것이, 반도체 소자들 중에 뜨거운 것이 없는가 살펴보는 이유도 열에 약하기 때문이다.
때문에, 다이오우드를 이용하는 회로에서는 반드시 어느 정도로 전류를 제한할 것인가를 결정하고, 그에 따라 전류제한용 저항을 넣어주어야 한다. 그 계산의 기준이 되는 값이 데이터시트에 나와 있는데, 이것도 다음강좌에서 살펴보자.
역방향 특성
다이오우드의 역방향 특성이란, 얼마나 전류를 잘 차단해주는가 하는 것이 되겠다. 역방향에서도 누설되어 흐르는 전류가 아주 약간은 있기 때문이다. 하지만, 여기선 그정도 세밀한 것에 대해서는 그냥 지나치자.
중요한 것은, 역방향으로 다이오우드 양단의 전압을 자꾸 높여보면, 언젠가 한계에 이르게 된다는 것이다. 즉, 전류를 더이상 차단하지 못하고 막아둔 둑이 터지듯이 역방향 전류가 급격하게 증가하게 되는 것이다. 이러한 현상을 제너현상(Zener breakdown)이라고 하는데, 이 때의 전압을 제너전압 또는 항복전압(breakdown voltage)이라고 한다. 주로, V Z 로 쓴다.
이 항복전압 V Z 값이 큰 다이오우드를 쓰는 것이 실수로 높은 역방향 전압이 걸리는 경우를 대비하는 방법이 될 수 있겠다. +5V 전원으로 작동하는 회로라면 당연히 항복전압이 최소한 5V 보다는 커야되겠지? 소전류용 전자회로(보통의 전자회로를 말한다)에서 보통 사용하는 다이오우드는 항복전압이 수 십 V 는 되는 것들이므로, 크게 걱정할 필요는 없겠다. 이 값도 데이터시트에 물론 적혀있다.
제너다이오우드
그런데 재미있는 것은, 순방향 전압 V F 값의 변동보다 역방향 항복전압 V Z 의 변동이 훨씬 적다는 것이다. 다시말하면, V Z 값은 거의 일정하게 유지된다는 거다.
회로를 만들다보면, 일정한 직류전압이 필요한 경우가 많다. 특히나, 주변 회로나 소자의 전류나 전압상태와 무관하게 항상 일정한 기준전압이 있어야 할 경우…
사람들은, 다이오우드의 제너현상을 좀 더 낮은 전압에서 일어나게 하면 좋은 정전압 공급소자로 쓸 수 있겠다는 생각을 하게 되었고…그래서 만들어진 것이 바로 ‘제너다이오우드’이다.
보통 제너항복이 역방향 수십 V 이상에서 일어나지만, 제너다이오우드의 경우, 훨씬 낮은 역전압에서 항복현상이 일어난다. (물론, 사람들이 그렇게 만든 거다.) 즉, +5V 전원으로 동작하는 회로에서는 +1.2V나 +2.4V 등 훨씬 낮은 전압에서 항복이 일어나는 제너다이오우드를 쓰게 된다.
역전압을 걸었을 때 나타나는 제너현상을 이용하기 때문에, 이 소자는 항상 역방향으로 연결해서 사용한다. 아래 그림을 참고. 요즘은 기술이 발달해서, 매우 안정된 정전압을 공급해주는 제너다이오우드가 많이 나와있다. 전자회로를 만지는 사람이면, 언제고 한 번 써 볼 일이 반드시 생길 것이다.
이번 열번째 강좌에서는 다이오우드의 일반적인 특성과 제너다이오우드에 대하여 살펴보았다.
다음 강좌에서는 데이터시트를 보는 법에 대해서 간단히 살펴보도록 하겠다. 그리고, 그 다음강좌에서는 지금까지 살펴본 소자들만 이용해서 간단한 회로를 꾸며보고, 각 단에서의 전류, 전압 값이 어떻게 되는지를 함께 계산해 보면서 전체적으로 복습하는 시간을 갖겠다.
앞으로 데이터시트 볼 일이 많아진다. 자주 보다보면 나름대로 읽는 법을 터득하게 되는 법이니깐, 이번에 한번 살펴보다가 눈에 잘 안들어온다고 너무 실망하거나 답답해 하지는 말기 바란다.
데이터시트가 뭔데?
데이터시트란, 한마디로 하자면, 각 전자부품의 사용설명서다. 회로설계할 때에 고려해야 할 것들이 들어있는 설명서. 전자 제품을 사면 함께 들어있는 설명서처럼 데이터시트도 제조사에 따라 그 형식과 내용이 조금씩 다르다. 어떤 회사들의 데이터시트는 화가 날 정도로 부실한 경우도 있는데, 데이터시트를 제공하는 수준을 보면 제조사의 (기술? 아니면 서비스?) 수준을 알아차릴 수 있다.
데이터시트는 원래 제조사에서 책으로 묶어서 발행하고, 거래처에 배부(또는 판매)해서 사용자들이 참고할 수 있도록 하던거다. 몇 년 전만 해도 전자회로 초보 설계자들은 데이터시트를 구하는 것부터가 쉽지 않은 문제였다.
하지만 인터넷이 발달하면서, 요즘은 제조사의 홈페이지에서 전자문서 형태로 제공하는 데이터시트를 쉽게 구할 수 있다. 주로 Acorobat Reader 라는 공개소프트웨어(심파일 등의 자료실에서 다운로드해서 무료로 쓸 수 있다.)로 읽을 수 있는 “1n4148.pdf”와 같이 끝이 .PDF 로 끝나는 전자문서 파일로 제공하고 있다.
데이터시트 구하기
1> 파는 곳에 가서 복사한다?
인터넷 접속이 여의치 않다면, 원하는 소자를 파는 곳에 가서 “데이터시트 보여달라!” 하는 방법이 있다. 보여주면 “잠시 복사하고 오겠다”고 하고 복사한다. 파는 데라면 용산 지하상가나 종로 세운상가 등에 있는 전자부품상이 되겠다. 필자도 인터넷 시설이 별로 좋지 않을 때 많이 썼던 방법이다.
2> 인터넷 전자부품 검색 사이트를 활용한다.
실제로 회로설계(개발)자들은 각 제조사의 전자부품을 종류별로 묶어서 검색하기 쉽게 만든 소자검색 포털사이트를 많이 이용한다. 인터넷으로 같이 한번 찾아보자. 우리가 오늘 살펴볼 데이터시트는 1N4148 다이오우드의 것이다.
본 사이트의 왼쪽 메뉴의 맨 아래에 링크된 데이터시트 검색사이트를 클릭하고, 검색창에 부품번호 또는 명칭 등을 넣으면 금방 찾아준다. 한번 직접 해보기 바란다.(2005/9/16수정)
* 아래 옅은 글씨로 된 내용은 현재(2005년)은 적용되지 않는 내용이니 그냥 넘어가세요*
먼저 본 사이트의 왼쪽 링크 아래에 “칩센터/퀘스트링크”를 클릭한다. 그럼 검색사이트 메인화면이 뜬다. 화면 중간 아랫쪽에 “Quick Search:” 라고 써있는 곳에 보면, “Part Number” 가 선택되어 있고 그 옆에 빈 입력창이 하나 있을거다. 여기에 “1N4148″을 써넣고 “Go”를 클릭한다.
잠시후에, 화면에 검색결과를 보여준다. 지금 해보니깐 21개가 나오네..제조사별로 정리가 되어 있다. Fairchild 라는 (유명) 회사 것을 골라보자. “View Data Sheet & Product Brief”라고 써있는 곳을 클릭하면, 아래와 같은 화며이 나타난다.
1N4148
A product of Fairchild Semiconductor
Data Sheet from Fairchild Semiconductor server (40KB PDF)
Features
NULL
Description
Sourced from Process D3.
Information provided by Fairchild Semiconductor.
회원이면 여기서 바로 데이터시트를 다운로드 받을 수 있다. (40KB PDF) 라고 적힌 앞에 아이콘을 클릭하면 된다. 물론, 가끔 안되는 것도 있지만. 지금 우리가 구하려는 데이터시트도 다운로드가 안되네…링크에 문제가 있나보다.
제조사는 선택했으니, 제조사 홈페이지로 가보자. 맨 아랫줄에 “Fairchild Semiconductor”를 클릭하면 제조사에 대한 설명이 나오고, 옆에 작은 글씨로 현주소와 홈페이지 주소가 나온다. 홈페이지 주소를 클릭하면 해당 홈페이지로 이동한다. (실은 아무 검색창에서 회사이름을 때리면 찾을 수 있다.)
여기서부터는 각 제조사에서 제공하는 홈페이지의 안내에 따라야 한다. 보통 데이터시트라고 써놓은 메뉴가 있다. 없다면 첫화면에 검색창이 뜨는데, 여기에다 모델번호를 넣고 검색하는 방법이 가장 쉬운 방법이다.
여하튼, 어느 회사의 어떤 제품이 나오고 있는지를 알면 그 다음은 각 제조회사 홈페이지로 가서 직접 찾아보는 것이 정석이라 하겠다. 제조사별로 데이터시트 검색을 할 수 있는 사이트도 있다. 왼쪽 링크사이트 중에 “데이터시트 로케이터”라는 곳에 가면 회사명이 주욱 나온다. 여기서 Fairchild를 클릭해서 검색해도 되겠다.
1N4148의 데이터시트를 다운로드 했으면, 이제 데이터시트를 한 부 인쇄해서 옆에 놓고 같이 살펴보자.
<주의> pdf형식의 문서를 읽으려면 Acrobat Reader 라는 프로그램이 필요하다. 아직 이 프로그램이 없는 사람은 요기를 클릭 해서 최신판으로 하나 다운로드해서 설치해야 한다. 설치가 끝나면 읽으려는 데이터시트 파일을 두 번 클릭하면 문서가 화면에 뜬다.
데이터시트 살펴보기
큰 맘 먹고 데이터시트를 한 번 살펴보려니깐,
윽…영어로 씌어있다… ㅠ.ㅠ
그렇다. 내가 본 데이터시트는 100% 영어로 씌어있다. 영어에 자신없는 사람들은 힘들겠지만 우선은 천천히 사전 찾아가면서 볼 수 밖에 없다. 주로 쓰는 용어에 익숙해지면, 중요한 특성이 정리된 표는 한 눈에 알아볼 수 있다. 중요한 부분만 한 번씩 훓어보기로 하자.
1> 모델번호/이름(핵심용도) 및 소자모양
맨 앞에 큰 글씨로 우리가 찾는 소자의 모델번호가 적혀있다. 근데…우리가 찾은 것은 1N4148인데 데이터시트는 “1N/FDLL 914/A/B 916/A/B 4148 / 4448” 이렇게 적혀있다. 물론, 눈치빠른 사람은 알겠지만, 데이터시트는 하나의 소자에 대해서만 달랑 적어놓은 것들도 많지만, 이것처럼 하나의 데이터시트에 여러개를 동시에 담아놓은 것도 많다. 특히 다른 특성은 비슷한데 한 두 가지 차이가 있는 소자들은 함께 비교해서 볼 수 있도록 같이 싣는 경우가 많다.
이경우는, 1N914, 1N914A, 1N914B, FDLL914, FDLL914A, FDLL914B / 1N916, 1N916A, 1N916B, FDLL916, FDLL916A, FDLL916B / 1N4148, FDLL4147 / 1N4448, FDLL4448 이라는 소자들은 모두 이 데이터시트를 보라는 것이다.
결국 종류별로 나누어보면, 1N… 형과 FDLL…형 두가지가 있다는 말이렸다. 근데, 그림을 보면 리드선이 붙어있는 보통 다이오우드 모양과 양쪽 끝에 리드선이 없고 매끈한 전극으로만 되어있는 것이 있다. 이중에 리드선이 없는 모양의 소자에 FDLL이라는 이름을 (이 회사에서) 붙인거다.
그러니깐, 결국 1N914/1N916/1N4148/1N4448 이라는 네개의 다이오우드를 기본으로 해서 부분적인 특성을 개량한 것들에 대해서 뒤에 A나 B같은 영문을 붙여서 1N914A 와 같이 쓰는 것이고, 형태가 다른 것은 1N 대신에 FDLL이라는 것을 쓴다는 것을 알 수 있다.
우리의 관심사는 “1N4148″이고, 이 데이터시트에 우리가 원하는 것이 들어있다는 것을 확인할 수 있으면 된다.
“Small Signal Diode”(소신호용 다이오우드) 라고 적은 것은 제작사에서 붙인 애칭같은 것이다. 애칭이 뭐라고 붙었건, 설계자는 표에 드러난 특성을 제대로 보고 선택해야 하겠다. 조금뒤에 이 소자의 특성을 살펴보면서 이 소자에 왜 그런 이름을 붙였는지 알아보자.
2> 최대 정격 Absolute Maximum Rating
소자를 선택할 때 가장 먼저 확인해야 하는 것이 바로 최대 정격이다. 이 소자가 감당할 수 있는 전압, 전류 범위와 버틸 수 있는 소자온도(반도체는 전류가 흐를 때 열이 많이 나는 편이라 늘 문제가 된다.)범위 뭐 이런 것들이 나온다.
다이오우드가 원래 순방향전류는 흘려보내고 역방향 전류는 차단하는 것이 기본동작이니깐, 순방향으로 전압 얼마까지 전류 얼마까지 흘려보낼 수 있고, 역방향으로 전압 얼마까지 버텨주는가 하는 것이 가장 중요하겠다.
maximum (최대) repetitive(반복) reverse(역방향) voltage(전압)
V RRM = 100 V : 역방향으로 100 V 넘는 전압이 반복적으로 걸리는 경우 제대로 된 동작 보장 못함.
average (평균) rectified(정류) forward(순방향) current(전류)
I F(AV) = 200 mA : 순방향 정류 전류가 평균 200 mA 넘으면 제대로 된 동작을 보장 못함.
Non-repetitive(단일한) forward(순방향) surge(불쑥 유입되는 큰) crrent(전류)
I FSM = 1 A (pusle width =1 Sec)/ 4 A(pulse width=1 microSec) : 그러니깐…단일한 순방향 펄스 전류에 대해서 1초 짜리는 1A / 1마이크로초(10-6 초=0.000001초)짜리는 4A 넘으면 제대로 된 동작을 보장 못함.
storage(저장) temperature(온도) range(범위)
T stg = -65℃ … +200℃ : 저장/이동 과정에서 -65℃에서 +200℃ 넘으면 제대로 된 동작을 보장할 수 없음.
operting(작동) junction(접합) temperature (온도)
T J = 175℃ : 회로에 연결해서 사용중일 때 전류가 많이 흘러 내부저항 때문에 발생하는 열이나 주변온도의 영향 때문에, 다이오우드 내부의 PN접합부의 온도가 175℃ 이상이 되면 제대로 된 동작을 보장 못한다…
제대로 된 동작을 보장 못한다 함은 쓰지 말라는 뜻이다. 그러니깐 다이오우드를 고를 때, 어떤 회로에 쓸 것인가를 파악하고 있어야 한다. 정격 값만 볼 때, 이 다이오우드는 전열기의 전원회로같은데 쓰기에는 정격전류의 값이 한참 낮다는 것을 알 수 있다. 평균적으로 200 mA가 최대정격이니깐. 그래서, 이 회사에서는 ‘소전류신호용’이라는 이름을 붙였고, 저 위에서 “small signal diode” 라는 이름을 발견할 수 있었던 것이다.
보통 최대정격의 반값이나 3분의 1 값 이하에서 회로가 작동하도록 하는 것이 일반적이다. 다시 말하자면, 회로에서 발생가능한 전압이 최고 100 V 이면 정격은 200 V에서 300 V사이의 것을 고른다는 말이다.
3> 열특성 Thermal Characteristics
앞에서도 살짝 언급했지만, 반도체들은 모두 열특성을 표시하고 있다. 그 이유는 반도체들은 회로작동시 열이 발생하고 그 열이 너무 많이 나면 못쓰게 되기 때문이다. 위의 최대정격에서는 한계온도를 표시하고 있는데, 그렇다면 어떤 상태에서 열이 얼마나 나게 되는지를 알 필요가 있겠다.
power(전력) dissipation(소모), (최대) 소비전력
P D =500 mW : 반도체라면 “파워디시페이션” 항목을 꼭 봐야한다. 이것은 그냥 아무 회로에서나 항상 이 정도를 소모한다는 것이 아니라, 일종의 ‘정격’같은 거다. 500 mW 까지 소모할 수 있다는 거다. 그러니깐 회로를 구성할 때, 그 이하의 상태를 유지하도록 해야한다.
thermal resistance junction to ambient
R θJA = 100℃/300mW : 소비전력 300 mW 소비할 때 다이오우드의 내부(접합부) 온도는 100℃가 올라간다는 뜻이다.
위의 두가지를 조합해보면, 500 mW 까지 소비할 수 있으니깐 500 mW * 100℃/300mW = 최대 167℃ 까지 온도가 올라갈 수 있다는 말이된다. 여기에, 기본실내온도(보통 18℃)를 더하면 정격에서 제시한 175℃ 까지 버틸 수 있다는 말이 된다. 즉, 최대 정격에서 제시한 온도와 같아진다.
결국, 그 말이 그 말이다. 근데, 회로구성에서는 전류, 전압 값을 알 수 있으니깐 “전력=전류*전압” 으로 쉽게 구할 수 있기 때문에 “파워디시페이션” 값을 기준으로 하면 편리할 때가 많다.
예를 들어, 어떤 회로에서 이 다이오우드로 전류가 200 mA까지 흐를 수 있다고 하고, 그 때의 양단전압이 0.8 V가 된다고 하면, 최대 소비전력은 160 mW가 된다. 따라서, 500 mW 까지 버틸 수 있는 이 다이오우드를 써도 열때문에 문제가 생기는 일은 거의 없게 된다. (500mW의 반은 250 mW이고, 회로에서의 최대값이 반보다 작은 값이 되므로 일단 열특성은 통과!)
4> 전기적 특성 Electrical Characteristics
이제 전기적 특성을 살펴보자. 앞부분까지는 사용의 범위를 정해주는 것이었고, 이 부분이 실제로 이 다이오우드가 어떤 동작을 하게 되는가 하는 데 대한 본론이다. 지난 두 강좌의 다이오우드 특성에 대한 이야기를 미리 보고나서 이 부분을 참고하면 이해하기 좋을 것이다.
break down voltage 항복전압
V R : 지난 강좌에서 항복전압에 대한 이야기는 어느 정도 했다. 역방향 전류를 차단하는 데도 한계가 있다고. 그 한계치를 말하는 것이다.
제너다이오우드에서는 이 전압을 이용하기 때문에 별도로 V Z 라는 이름을 사용하지만. 이 항복전압도 언제나 고정되어 있는 것은 아니고, 다이오우드에 흐르게 되는 전류에 따라 항복전압도 달라지기 때문에 대표적인 두 가지 경우에 대해서만 표에 그려두어 경향을 알도록 해놓았다. 전류값이 떨어지면 항복전압도 낮아진다는 것만 알 수 있도록. 더 세밀하게 알고 싶으면 그 아래 그래프를 참고해야 한다. 하지만, 여기서는 그래프 보는 것은 생략한다.
forward voltage 순방향 전압(강하)
V F : 순방향 전압강하 값이야 말로, 그 다이오우드의 특성을 대표하는 값이라고 할 수 있다. 1N914(A/B)나 1N4148(A/B) 등 이름이 다른 것들은, 다른 특성은 같지만 이 값이 다르기 때문에 이름을 다르게 했다는 것을 이표를 보고 알 수 있다. 우리는 1N4148에 해당하는 것만 읽어야 한다. 순방향 전류가 10 mA일 때 1V의 전압강하가 있음을 알 수 있다.
On/Off 스위치로서만 사용하는 경우에는 입력과 출력신호의 전압변동이 작도록, 전압강하가 낮은 것을 선택해야 하겠지만, 잡음차단이나 여타 용도의 경우에는 원하는 값의 다이오우드를 선택해야 할 것이다. 그리고 가격도 고려해야 하고.
reverse current 역방향 (누설)전류 / tatal capacitance 총 커패시턴스 / reverse recovery time 역방향 회복 시간
이런 것들은, 1년차들에겐 아직 그리 중요한 내용은 아니다. 하지만, 고주파회로나 정밀계측회로와 같이 특수한 기능을 하거나 정밀한 작동을 요구하는 경우에는 반드시 확인해야 하는 특성들이다. 간단하게만 이야기하자.
역방향 전류는 역전압이 걸렸을 때 미세하게 흐르는 누설전류를 말하는 것이고, 커패시턴스 역시 역방향 전압이 걸렸을 때 (전류는 거의 흐르지 않지만) 작은 콘덴서와 같은 역할을 하게 되기 때문에 그 값을 말하는 것이며, 회복시간이란 On 상태에서 Off상태가 될 때 순간적으로 역전류가 흐르게 되는데 이것이 사라질 때 까지의 (짧은) 시간을 말한다.
표에서 찾을 수 없는 값은? 데이터시트에 없는 특성은?
표에는 대표적인 한 두 경우에 대해서만 실어놓는다. 따라서, 그 사이값에 대한 정보는 그래프를 보아야 한다. 자기가 원하는 그래프인지는 X축과 Y축에 무엇이 나와 있는지를 보고 알 수 있어야겠지. 정 불안하면, 표에 나와있는 값 근처로 회로를 구성하는 것도 한 방법이겠지만, 나중에는 결국 그래프를 볼 수 있어야 할 것이다. 하지만, 일반적인 용도로 사용하면서 그래프까지 봐야만 해결되는 문제는 그리 많지는 않을 것이다.
표에 없는 것은 그래프로 본다지만, 데이터시트에 아예 없는 특성들이 필요할 때는 어떻게 할까? 예를들면, 인덕턴스 값이나…^^ 이런 경우는 제작사에 문의를 하거나, 직접 측정해보는 방법 등이 있겠다.
하지만, 용도로 볼 때 어지간한 내용은 거의 데이터시트에 나와있다고 할 수 있다.(물론, 좋은 회사에서 발간된 데이터시트에 나와있다는 말이지요…뭐 부실한 데이터시트도 꽤 있거든요.)
데이터시트, 어디까지 믿을 수 있나?
일단은 무조건 믿어야 한다. 하지만, 이 말이 오타나 다른 잘못이 없을것이라는 뜻은 아니다. 일단은 그것을 믿고 소자선택에 참고하라는 뜻이다. 하지만, 회로를 구성해놓고 나서 아무리 봐도 다른 것이 문제가 없다면, 마지막으로 데이터시트가 잘못되어 있을지도 모른다는 의심을 할 수 있다.
실제로 필자는 지금까지 결정적인 문제가 발견된 데이터시트를 두 개 발견한 적이 있다. 물론 회로설계 후에 시험을 하면서 문제가 발견되었고, 아무리 해도 그 이유를 발견하기 힘들었다…
이런 경우처럼, 회로 설계에 도저히 틀린 것이 발견되지 않지만 해결이 되지 않을 때, 그 때 의심하는 것이 순서다. 일단은 100% 믿어야 한다. 그것이 데이터시트를 임하는 실무1년차의 자세다.
다음 강좌에서는 저항, 콘덴서, 다이오우드 등을 이용한 간단한 회로를 같이 꾸며보면서 전체적으로 복습을 해보도록 하겠다.
출처 : http://elec.slowgoing.org/
다이오드 전압 강하: 무엇을, 왜, 어떻게 및 자세한 사실
이 기사에서는 다이오드 전압 강하, 그 원인 및 계산 방법에 대해 설명합니다. 다이오드는 한쪽 방향의 전류 흐름을 허용하고 다른 쪽의 전류 흐름을 제한하는 반도체 장치입니다.
다이오드 전압 강하는 기본적으로 순방향 바이어스 전압 강하는 말합니다. 전류가 통과할 때 전기 회로에 존재하는 다이오드에서 발생합니다. 이 순방향 바이어스 전압 강하는 적용된 전압의 영향으로 PN 접합에 의해 형성된 공핍 영역의 작용 결과입니다.
다이오드 전압 강하란 무엇입니까?
다이오드 전압 강하는 양극에서 음극으로 흐르는 전류의 결과입니다. 다이오드가 순방향 바이어스에서 전도될 때 다이오드 양단의 전위 강하는 다이오드 전압 강하 또는 순방향 전압 강하로 알려져 있습니다.
이상적으로는 다이오드가 전류를 전달하고 DC 출력 전압을 생성하도록 작동할 때 다이오드 양단에 전압 강하가 없어야 합니다. 실생활에서는 순방향 저항과 순방향 항복 전압으로 인해 작은 전압 강하가 발생합니다. 실리콘의 경우 다이오드 전압 강하는 약 0.7V입니다.
다이오드는 얼마나 많은 전압을 강하합니까?
모든 다이오드는 단자에서 특정 양의 전압을 떨어뜨립니다. 0.7V의 다이오드 전압 강하는 회로에 존재하는 저항 또는 부하를 통한 전압이 (공급 전압 – 0.7)볼트임을 의미합니다.
다른 다이오드의 전압 강하는 다릅니다. 일반적으로 소형 실리콘 다이오드의 경우 0.6~0.7V 범위입니다. 쇼트키 다이오드의 경우 전압 강하 값은 0.2V입니다. 발광 다이오드 또는 LED의 경우 전압 강하는 1.4-4V입니다. 게르마늄 다이오드의 전압 강하는 0.25-0.3볼트입니다.
자세한 내용은 …케이블의 전압 강하: 계산 방법 및 자세한 사실
다이오드에 전압 강하가 있는 이유는 무엇입니까?
순방향 바이어스에서 다이오드는 전자 전하를 PN 접합쪽으로 밀어낼 수 있도록 적절한 전압 레벨을 선택합니다. 각 공을 바닥에서 탁자 위로 “들어 올리는” 것과 유사하다고 할 수 있습니다.
PN 접합을 가로질러 전자 전하를 이동시키는 데 필요한 에너지 준위의 차이는 전력 감소. 또한 다이오드에는 어느 정도의 전압 강하를 일으키는 저항이 있습니다. 저항으로 인한 전압 강하는 PN 접합의 허용 전류 유량에 따라 달라집니다.
다이오드 전압 강하를 계산하는 방법은 무엇입니까?
다른 다이오드의 전압 강하는 다릅니다. 실리콘 다이오드의 경우 약 0.7V, 게르마늄 다이오드의 경우 0.3V, 쇼트키 다이오드 그것은 약 0.2 볼트입니다. LED에는 다양한 전압 강하 값이 있습니다.
이제 회로의 다른 요소에 대한 전압 강하를 계산하려면 해당 요소와 소스 사이에 존재하는 다이오드의 전압 강하를 소스 전압에서 빼야 합니다. 따라서 해당 요소의 전압 강하는 (소스 전압-다이오드 전압 강하의 합)입니다.
다이오드를 사용하여 전압을 낮추는 방법은 무엇입니까?
제너 다이오드는 전압 강하에 좋습니다. 그러나 다이오드를 사용하여 전압을 낮추는 간단한 방법은 여러 개의 다이오드를 전원에 직렬로 연결하는 것입니다. 각 다이오드는 거의 0.7V의 전압 강하를 일으킵니다.
다이오드는 전기의 한 방향 흐름만 허용하지만 다이오드는 전원이 임계값에 도달할 때만 전기를 전도합니다. 표준 실리콘 다이오드 임계값은 0.6볼트입니다. … 각 다이오드를 직렬로 연결하면 전압이 0.6볼트씩 떨어집니다. 이 기술을 사용하여 다이오드를 사용하는 회로에서 전압을 강하시킬 수 있습니다.
또한 읽기…직렬 회로에서 전압 강하를 계산하는 방법: 세부 정보
FAQ
제너 다이오드로 전압을 낮추는 방법은 무엇입니까?
제너 다이오드는 전류가 제너 전압으로 알려진 특정 전압에서 역류하도록 허용하는 다이오드의 특수한 경우입니다. 역효과도 줄일 수 있다 전압 및 효율적인 전압 조정기로 작동.
전압을 줄이기 위해 제너 다이오드를 사용하려면 회로의 부하와 병렬로 연결해야 합니다. 공급 전압은 제너 전압보다 높아야 하며 다이오드는 역 바이어스 상태여야 합니다. 이 연결은 역 전압을 특정 값으로 낮추고 전압 조정기 역할을 하는 데 도움이 됩니다.
다이오드 전압 강하 공식
단순화를 위해 다이오드 양단의 순방향 전압 강하는 0.7V로 가정합니다. 이제 회로에 부하와 함께 다이오드가 하나만 있는 경우 부하 양단의 전압 강하는 (공급 전압 – 0.7)V입니다.
회로에 직렬로 여러 개의 다이오드가 있는 경우 부하 양단의 전압 강하는 (공급 전압 – 다이오드 수 * 0.7)입니다. 예를 들어, 이미지 1에서 다이오드 D1의 전압 강하는 = (5-0.7) = 4.3V입니다. 다이오드 D2의 전압 강하는 = (5-2 * 0.7) = 3.6V입니다. 다이오드 D3의 전압 강하는 = (5-3 * 0.7) = 2.9V.
이미지 1
자세한 내용은 …단상 전압 강하: 계산 방법 및 자세한 사실
다이오드 전압 강하 차트
아래 표는 다양한 종류의 다이오드의 전압 강하 제한을 보여줍니다.
다이오드의 종류 전력 감소 실리콘 다이오드 0.6-0.7 볼트 게르마늄 다이오드 0.25-0.3 볼트 쇼트키 다이오드 0.15-0.45 볼트 적색 LED 1.7-2.2 볼트 블루 LED 3.5-4 볼트 황색 LED 2.1-2.3 볼트 녹색 LED 2.1-4 볼트 화이트 LED 3.3-4 볼트 주황색 LED 2.03-2.20 볼트 바이올렛 LED 2.76-4 볼트
다이오드 전압 강하 대 온도
다이오드 전압 강하는 작동 다이오드의 단자에 걸친 전위차입니다. 전압 강하는 다이오드의 온도 계수와 회로에 있는 다른 요소의 동작에 따라 달라집니다.
양의 또는 음의 온도 계수는 각각 다이오드 전압 강하를 증가 또는 감소시킵니다. 대부분의 실리콘 다이오드는 음의 온도 계수를 가지므로 온도가 증가하면 전압 강하가 감소합니다. 제너 다이오드는 전압 강하를 증가시키는 양의 온도 계수를 가지고 있습니다.
다이오드 전압 강하 대 전류
또한 전력 감소 다이오드 양단의 전류는 비선형 방식으로 증가합니다. 그러나 차동 저항이 작을수록 증가는 매우 느립니다. 순방향 전압 대 전류 특성을 고려할 수 있습니다.
IV 곡선에서 전류가 크게 증가하면 초기에는 전압이 무시할 수 있을 정도로 약간 증가한다는 것을 알 수 있습니다. 그런 다음 더 빨리 전압이 올라가고 결국에는 매우 빠르게 상승합니다. IV 곡선은 전류에 따른 전압의 기하급수적 증가를 보여줍니다. Vd가 0.6/0.7V를 넘을 때까지 급격히 상승한다.
PN 접합 다이오드에서 전압 강하가 발생하면?
전류가 회로에 존재하는 구성 요소를 통과하면 전압 강하가 발생합니다. 마찬가지로 전류가 순방향 바이어스로 다이오드를 통과하면 전력 감소, 순방향 전압 강하로 알려져 있습니다.
pn 접합 다이오드는 매우 높은 저항을 위해 역 바이어스의 접합에서 전류를 보낼 수 없습니다. pn 접합은 개방 회로처럼 작동하므로 이상적인 pn 접합 다이오드 양단의 전압 강하는 동일하게 유지됩니다. 배터리 전압과 같습니다.
또한, 에 대해 알고 클릭하십시오 유기 발광 다이오드.
다이오드 원리와 종류
먼저 다이오드 원리에 대해서 정리를 해보도록 하겠습니다
다이오드는 기본적으로 PN 접합형으로 이루어져 있습니다
여기서 PN 접합형이란 P는 Positive 긍정의 의미로 +라는 뜻입니다
전기전자에서 긍정이란 +전원을 의미하게 되고
반도체에서는 +전하를 가진 정공이 많이 존재하는 반도체입니다
N은 Negative 부정의 의미로 P와 반대로 – 의미가 됩니다
반도체에서는 -전하를 가진 전자가 많이 존재하는 반도체입니다
이 두 반도체를 붙인 형태가 바로 PN 접합입니다
PN 접합인 경우 전류가 P에서 N으로 흐를 때는 순방향 전류라고 하며
전류가 잘 흐르게 됩니다
반대로 N에서 P로 흐르려고 하면 거의 흐르지 않습니다
이 원리로 다양한 반도체 회로를 설계하고 생산하여
전자제품을 만들 수 있는 것입니다
다이오드는 기본적인 PN 접합 반도체의 원리를 응용하여
주로 교류를 직류로 정류하는 역할을 합니다
펌프로 비유했을 때는 역류를 방지하기 위한
체크밸브와 같은 것입니다
다이오드의 구조 (직접그림)
먼저 다이오드의 구조입니다
P형 반도체에는 앞서 말했듯이 + 전하를 띠는
정공으로 구성되어있고
N형 반도체에는 – 전하를 띠는
전자로 구성되어있습니다
다이오드의 구조를 봤을 때는
PN 접합형 반도체로 구성되어있고
가운데 A 영역이 있습니다
여기서 A 영역은 공핍 영역입니다
실제로 접합부에 있는 부분이 아니고
전류의 흐름 방향에 따라 크기가 달라지는 부분입니다
순방향 역방향에 따라 달라지는데
순방향인 경우에는 그림처럼 +전압은 P에 걸고
GND 즉 -는 N에 거는 경우입니다
이때는 공핍 영역이 작아지므로 N에서 P로 전자가 잘 넘어가는 상태가 됩니다
그러므로 순방향일 때는 전류가 잘 흐르게 됩니다
아무리 순방향이라도 특정 전압 이상을 흘려줘야 됩니다
여기서 특정 전압을 문턱전압이라 불립니다
보통 실리콘 다이오드 기준으로 봤을 때는
0.7V 이상 전압이 높아져야 전류가 흐르게 됩니다
그 이하인 경우에는 공핍 영역이 최소가 되더라도
전자가 P 쪽으로 넘어가기에는 충분한 힘을 받지 못했으므로
전류가 거의 흐르지 않습니다
문턱전압의 예를 들어 실리콘 다이오드가 있습니다
이 다이오드를 거치면 보통 0.7V의 문턱전압이 생갑니다
순방향으로 전압을 걸어줬을 때 1V를 걸었다고 가정하면
1V – 0.7V = 0.3V
최종적으로 순방향으로 실리콘 다이오드를 거치게 되면
0.3V가 흐르게 됩니다
정밀한 회로에서는 이 정도 문턱전압은 상당히 큰 수치이므로
이를 보완한 다이오드가 필요합니다
역방향일때 전자흐름
역방향일 때 전류입니다
그림과 같이 이렇게 P에서 전자를 서로 당겨버리고
반대편 N에서는 P에서 탈출한 전자를 밀어버려서
A영역이 넓어지게 됩니다
그러므로 문턱전압도 커지기 때문에 전자가 이동하기 어려워
전류가 거의 흐르지 않게 됩니다
여기서 역방향인 상태로 다이오드에 걸린 전압을
최대한 높여보면 어떻게 될까요
답은 특정 전압에서 전류가 갑자기 크게 흐른다입니다
공핍 영역이 넓어지더라도 흐르는 전압의 세기가 커져서 한계점에 다다르면
P에서 탈출한 전자가 많아지게 되고 N 반도체의 – 전자들도 버티지 못한 상태가 됩니다
이 현상이 지속되면 결국 PN 접합 부분은 파괴되어 전류가 흐르게 됩니다
다이오드의 역방향 전압 한계를 항복 전압이라 불립니다
다이오드가 항복 전압 이상을 넘어가게 되면
다이오드의 역할을 더 이상 하지 못합니다
그러나 예외는 있습니다
예외는 다이오드 종류에서 설명합니다
다양한 다이오드
다이오드의 종류입니다
다이오드의 종류는 정류 다이오드, 쇼트키 다이오드,
제너다이오드, 터널 다이오드, 발광다이오드, 포토다이오드, 베리 캡 다이오드 등이 있습니다
여기서 다뤄볼 다이오드는 정류 다이오드와 쇼트키 다이오드, 제너다이오드
3가지 종류를 다뤄보겠습니다
정류다이오드
먼저 정류 다이오드입니다
다이오드의 가장 기초가 되는 종류입니다
순방향일 때는 전류가 잘 흐르고 역방향일 때는 전류가 흐르지 않는 특징을 이용하여
주기적으로 전류의 방향이 바뀌는 교류를 직류로 정류하는 역할을 합니다
보통 전압강하는 실리콘 반도체를 사용하기 때문에
0.7V정도 전압강하가 일어나게 됩니다
그러므로 정밀한 회로에 사용하기에는 어렵습니다
항복 전압은 정류 다이오드 종류마다 다릅니다
사진에 나와있는 다이오드는 1N4001 입니다
데이터 시트를 보면 항복 전압 50V정도 됩니다
보통 정류 다이오드는 1N4000 시리즈를 많이 쓰게 됩니다
그 경우에는 1N 옆에 4000 숫자에서 일의 자리 수로
다이오드 항복 전압을 알 수 있습니다
2 인경우에는 100V
3 인경우에는 200V
4, 5, 6, 7 인 경우에는 각각
400V, 600V 800V, 1000V
항복 전압이 됩니다
이 이상으로 역방향으로 전압을 가한다면
다이오드에 문제가 생기므로 사용되는 회로나 환경에 따라
적절한 다이오드를 선택해야 됩니다
제너 다이오드
다음은 제너 다이오드입니다
제너다이오드는 항복 전압을 보완한 다이오드입니다
역 방향 전압을 걸어줘서 항복 전압 이상으로 전압을 걸어줬을 때
다이오드는 파괴되지 않고 일정 전압을 유지하는 특성을 가집니다
이때 제너다이오드가 유지하는 전압을 제너 전압이라 불립니다
이 특성을 활용해 일정한 전압을 공급하는 전원장치나
전압을 일정하게 유지해야 되는 보호회로에 주로 쓰입니다
사진에 나와있는 제너다이오드는 1N4742 입니다
데이터 시트를 확인해보면 제너 전압이 12V이므로
12V를 일정하게 공급하거나
12V 이상 넘어가지 않는 보호회로를 구성할 때
쓰이는 제너다이오드입니다
쇼트키 다이오드
마지막으로 쇼트키 다이오드입니다
쇼트키 다이오드는 정류 다이오드와 비슷합니다
그러나 내부에 들어가는 물질이 다릅니다
정류 다이오드는 주로 실리콘을 쓰지만
쇼트키 다이오드는 금속물질을 사용하여 공핍 영역을 개선해
순방향에서 문턱전압을 낮춘 다이오드입니다
보통 실리콘 다이오드가 0.6 ~ 1.2V 문턱전압이라면
쇼트키 다이오드는 0.2~0.8V 정도로 문턱전압이 낮습니다
그러므로 정밀한 회로에 사용 가능하고
낮은 교류전압을 전압강하를 최소화하여 정류할 수 있습니다
그러나 쇼트키 다이오드는 단점이 있습니다
일반적인 정류 다이오드와는 달리 항복 전압이 낮기 때문에
전압이 높은 경우에는 쉽게 고장이 날 수 있습니다
그러므로 저전압에서 주로 사용되는 다이오드입니다
이처럼 전자회로에서는 이런 다이오드의 원리를 응용하여
많은 부품과 회로를 구성합니다
다이오드에서 순방향 전압의 중요성
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[반도체소자] 다이오드의 전압강하 1부
다이오드는 한쪽 방향으로만 전류를 통과시킨다는 사실만 알면 되는…. 만만한 녀석이 아니다.
반도체의 전압강하(voltage drop)는 아주 특별하다.
반도체의 그 특별한 전압강하는 다이오드에 대표성이 있다.
#사람들에게 가장 친숙한 다이오드 LED ~우주속에서 빛나는 별을 보는것 같습니다.
LED는 분야를 막론하고 지시용(#Power on 표시 등등…)으로 꼭 사용하는 소자이기 때문에
회로하는 사람이라면 반드시 정복해야 할 대상입니다.
LED는 너무나 보기 흔하지만, 보기보다? 만만치 않은 대상입니다.
우선 반도체 얘기를 조금만 해 보겠습니다. 보통 사람들은 컴퓨터의 램이나, CPU 같은 부품만 반도체로 여기는것 같습니다.
너무나 당연한 얘기겠지만, “나는 가수다” 도 있지만, “다이오드는 반도체다.” 라고 강조하고 싶습니다.
반도체의 전압강하는 아주 특별하거든요. 예, 다이오드의 전압강하는 특별합니다.
중학교때 반도체는 전기가 통하기도 하고 안통하기도 한다고 배웠습니다.
거짓말 한방울만 더 보태서 공식과 수식이 1만개 정도 나오는 어려운 전공서적에도 중학교 교과서와 똑같은 문장이 나옵니다.
그런 정의는 좋은데, 뭔가 아쉽습니다. 뭐가 아쉽냐면요….
반도체의 실질적인 작용을 관찰 해 보면, 책에 나오는 그런 정의와는 상당히 거리감이 있습니다.
반도체에 대해서 긴 얘기를 하고싶은 생각은 전혀 없습니다. 오디오 위한 공부라면, 반도체에 대한 너무 깊은 내용은
그냥 바이패스? 하라고 주장하는 사람이 바로 접니다. 당연히 저도 깊은 내용은 모릅니다.
그러나 아주 기초적인 수준에서의 반도체 원론 공부는 왠만하면 도전해 보는 것이 좋다고 생각합니다.
그래야만, 바이어스 전압이 무엇인지 손에 잡히는 개념으로 만들수 있습니다.
그때 그때 보이는 상황만을 설명하는 표면적인(쓰레기같은) 표현들은 정말 그때 뿐이기 때문입니다.
반도체의 기초는 나중에 트랜지스터에 가서 진행해 보겠습니다. 우선은 진도좀 나가 보겠습니다.
전통적인 아날로그 오디오에서는 반도체라 할만한 것이 다이오드와 트랜지스터 외는 뭐 특별한게 없습니다.
OP-Amp와 정전압 IC레귤레이터도 있다고요? 당연히 그 레귤레이터와 오피 몸속에는 트랜지스터와 다이오드가
내장되어 있어니까 따로 언급할 필요성 조차 없습니다.
그럼 오디오 하는 사람 입장에서는 반도체에 대해서 어떻게 개념을 잡아야 하는지 잠깐만 언급하겠습니다.
전기가 반만 통한다는 이상한 늬앙스의 애매모호한 소리 보다는….
반도체란 전기적인 제어를 통해서 그 반도체의 저항값을 콘트럴할 수 있다.
이런 개념이 반도체를 대하는 훨씬더 명료하고, 실질적인 감각이라고 생각합니다.
아주 오래전에 발행된 책에 보면, 디바이스를 수동능자와 능동소자로 구분하는 내용이 나옵니다.
수동소자 는 콘덴서, 코일, 저항 같은 것을 지칭하며,
능동소자 는 다이오드, 트랜지스터, IC칩 같은 반도체를 지칭하는 것입니다.
반도체가 능동소자로 분류되는건 전기적인 제어를 통해서 능동적인 저항값을 구현할 수 있기 때문일 것입니다.
수동소자와 능동소자라는 용어도 기억해 두겠습니다.
제가 앞으로 자주 사용할 용어입니다. 잡설이 길었네요. 본론으로 가보겠습니다.
다이오드를 설명하는 모든책에서 반드시 제일 처음 나오는 용어가 있습니다.
순방향 바이어스(forward)니, 역방향 바이어스(reverse biased)니 하면서….
초장부터 정말 지독하게 난해한 설명을 첫대면하게 됩니다.
아무리 오디오를 좋아하고 자발적인 공부라고 하더라도 이러니 딱 공부하기 싫어집니다.ㅎㅎ
도대체 인간이 사용하는 언어인지, 프로토스 언어인지 구분이 안갑니다.ㅎㅎ
제 블로그 포스터에서 바이어스 전압에 대해서 몇번 짤막하게 설명을 했습니다.
그렇다고, 이전의 그런 간단한 설명만으로 순방향 바이어스와 역방향 바이어스가 손에 잡히는 개념으로 다가온다면
오히려 더 이상한 현상입니다.
만약 손에 잡히는 개념으로 다가온다면, 내가 너무 천재가 아닌가? 하고 고민해 보아야 하는 증상입니다.ㅎㅎ
당연히 순방향 바이어스 같은 용어는 어색하고, 난해하게 느껴져야 정성적인 첫반응입니다.
그러니까 그런 난해한 용어에 대해서 너무 집착할 필요도 없습니다. 바이어스 전압이 손에 잡히고, 오디오에서
실질적인 바이어스 전압의 작용을 머리속으로 현실과 이론을 일치시킬 수 있다면,
이미 오디오 회로에 대해서 다 알고있는 상태입니다.
그러니까 우리는 바이어싱이 도대체 무엇인지? 를 알아가고 있는 과정 속에 있다는 얘기입니다.
콘덴서를 알면 알수록 바이어싱이 뭔지를 한걸음식 다가서는 것이고,
트랜지스터에 대해서 알면 알수록 역시 바이어싱이 무엇인지를 깨닫음을 얻는 과정입니다.
단 한번의 학습으로 바이어싱을 마스터할 수는 없는 일입니다. 바이어싱이 곧 오디오 회로라고 해도 과언이 아닌 것입니다.
아주 쉽게 얘기하면, 바이어싱은 회로를 한참 공부한 뒤에야 손에 잡히는 개념이지,
억지쓴다고 빨리 파악되는 개념이 절대 아닙니다.
바이어싱을 손에 잡히는 개념으로 만들기 위해서는 여러가지 생각의 도구가 필요합니다.
아직은 그런 도구들이 터무니없이 부족합니다. 포기하지 않고 천천히 나아가다보면 시간이 해결해줄 것입니다.
아직은 바이어스 전압에 대해서 실질적인 개념은 전혀 없을 것입니다.
과거 [PA와 오디오]편 포스팅에서 바이어스란 가상의 접지이면서도 현실이다 고 표현했습니다.
바이어스에 대해서 간단하게 한가지만 보겠습니다. 아래는 1V의 바이어스 전압을 가한 주파수 파형입니다.
앞으로 지겹도록 생각해볼 문제이므로 조금 일찍 친숙해 보겠습니다.
그래프에서 임의로 붉은색 화살표를 그렸습니다. 문제를 하나 내겠습니다.
그래프의 화살표는 무엇의 흐름을 나타낸 것일까요?’ 문제치고는 문제가 너무 막연합니다.ㅎㅎ
네 답은, 전류의 흐름을 나타낸 화살표 입니다. 높은 전위에서 낮은 전위로 전류가 흐른다 는
정말 기초전기 지식은 잘 알고 있습니다.
초보자 입장에서, 위 그래프의 파형이 만들어내는 전류는 [양 방향성]을 가진다는
사실을 생각해 내는 것이 쉬운 발상은 아닙니다.
그런 발상이 가능하다면, 이미 상당한 수준입니다.
전기적인 성장? 전망이 밝은 상태입니다.ㅎㅎ
바로 이전편 포스팅에서 양 방향을 가지는 AC를 한쪽 방향을 뺏어버리는 브리지 정류를 다루었습니다.
위의 그래프도 방향성만 따질때는 DC라고 주장할 수 있을 것입니다. 아무개가 다음처럼 말할 수 있을 것입니다.
“전압의 변화는 전부 급격하지만, 파형의 어디 한군데의 전압도, OV이하로 내려가는 곳이 없고,
한쪽방향만 가진 전류를 DC라고 부른다면, 위 그래프의 전류는 DC라고 말할 수 있다.”
그러나! 택도없는 아무개의 지 주장입니다.
아무개의 주장은 전부 개 풀뜰어 먹는 소리입니다. 바이어스가 뭐가 뭔지 전혀 모르기 때문에 이런 주장이 가능한 것입니다.
회로상에서는 괜히 AC와 DC의 단순한 구분 조차도 만만하지 않다고 말하는 것이 아닙니다.
꼭 초보만이 아니라, 회로를 제법 공부한 사람도 마찬가지 입니다.
실제의 전류흐름을 머리속으로 똑같이 현실 그대로 그리기 위해서는 상당히 깊은 이해가 필요합니다.
그러니 그냥 대충 수식과 이론적인 만족으로 넘어가다가 나중에 다시 벽에 부딪치게 됩니다.
지금부터 하는…. 위 그래프 해석에 대한 얘기는 극심하게 중요한 내용이므로 특히 집중 부탁드립니다.
[바로 아래 문장으로 바이어스의 기준이 되는 1V의 입장에서 전류의 흐름을 파악해 보겠습니다.]1V보다 높은 전위의 주파수 파형(상단 반파)에서는 전류를 [받는 입장]입니다.
1V보다 낮은 전위의 주파수 파형(하단 반파)에 대해서는 전류를 [보내는 입장]입니다.
– 따라서, 위 그래프는 바이어스 전압을 기준으로 양 방향성의 전류를 가집니다.
위 그래프의 바이어스 전압 1V는 전류를 받는 입장이기도 하고, 동시에 전류를 보내주는 입장이 되기도 합니다.
당연히 위 그래프는 1V의 전위를 기준으로 전류의 방향성은 이쪽에서 한방치고, 저쪽에서 한방 치는 양방향성을 가지고 있습니다. 바로 앞편에서 알아본 정류가 되기전의 가정에 공급되는 AC와 동일한 양방향성을 가지고 있습니다.
그러니까 바이어스 전압을 기준으로 전류의 방향성(전류를 보내는 방향과 받는 방향)을 구분하는게
이상한 행동이 아닌 것입니다. 다이오드에서 순방향 바이어스니, 역방향 바이어스 같은 용어는
지금 위 그래프에서 알아본 전류의 방향성 구분이랑 근본적으로 똑같은 개념입니다.
그리고 반도체라는 것은 원래부터 바이어스 전압을 전제로 작동하게금 설계돼 있습니다,
그런 이유로 반도체 소자에는 바이어스라는 용어를 무지하게 자주 사용하는 것입니다.
괜히 여러분을 골탕먹이기 위해 새디스트같은 전자공학자들이 프로토스 언어같은 용어를 사용하는 것은 아닙니다.ㅎㅎ
그럼 반도체의 전압강하는 아주 특별하다고 했는데, 도대체 뭐가 특별한지 아래 그림을 보겠습니다.
스피커유닛은 대표적인 수동소자인…. 좀 학문적으로 얘기하면 그냥 코일(인덕터)입니다.
왠지 이상하게 익숙한 그림 입니다. 예전에 출력문제에 출제한 그림입니다.
위 그림의 스피커선에 32V 의 전압을 가해보겠습니다. 각각의 유닛에 인가되는 전압은 분압비에 의해서
순서대로 4V : 8V : 16V : 4V 입니다. 그럼 다시 전압을 가해 보겠습니다. 이번엔 16V 를 전압을 가해 보겠습니다.
당연히 각각의 분압 비율은 2V : 4V : 8V : 2V 가 됩니다.
따라서 수동소자의 전압강하는 저항수치의 상대적인 작용에 의해서 형성되는 분압비의 세계입니다.
명확한 표현으로는 [수동소자의 전압강하는 비율의 세계입니다.]
그럼 반도체를 보겠습니다. 회로는 자연과학인 만큼 그래프의 해석은 인문과학보다는 훨씬 중요합니다.
백마리 말보다는 그래프의 해석이 과학에서는 정말 중요합니다.
자연과학에서의 그래프는 본질이자 원리고, 글로 표현하는 문장은 그저 표면적인 표현일 뿐입니다. 그
래프의 해석은 무엇보다 우선해서 x축과 y축을 대충 대하지 말고, 명확하고 확실하게 파악하는 것이 중요합니다.
다이오드의 전압강하를 표현한 그래프입니다. x축은 전압, y축은 전류 입니다.
위 그래프에서 수동소자와 능동소자의 전압강하가 어떻게 다른지 해석이 잘 된다면 좋겠지요?
눈치 빠르신 분들은 아마 이렇게 해석이 가능할 것입니다.
[수동소자의 전압강하는 상대적인 비율의 세계라면, 능동소자의 전압강하는 절대값의 세계구나!]절대값의 세계라는…. 도대체 무슨 소리일까요?
무슨 소리인지 알 수는 없지만, 반도체 업계에서 정의 하는 바이어스 전압을 한번 보겠습니다.
(#자세한 얘기는 트랜지스터편에서 진행하겠습니다. 일단은 그러니 하고 넘어가 보겠습니다.)
반도체 업계에서 말하는 바이어스 전압의 정의:
PN접합 반도체에 전류가 통과할 수 있도록 하기 위해서는 고유전위장벽(built-in potential barier) 을 낮추어야 한다.
고유전위장벽을 낮추어 주기 위해서 외부에서 가하는 전압을 바이어스 전압 이라고 한다.
아직은 도대체 무슨 말인지 도저히 이해가 안됩니다. 회로 연재편은 갑자기 많이 어려워진다고 얘기했습니다.
초보수준의 내용 아닙니다. 정말 초보수준이라면, 이런한 글을 올릴 필요성조차 없습니다.
블로그 내용을 보고 도움을 많이 받아다고 하는 사람은 아마추어 보다는 전자업계에 현역으로 종사하는
프로페셔널인 분들이 훨씬 더 많습니다. 기초적인 내용을 다루지만, 상당한 수준을 지향하는 것입니다.
그러니까 회로연재편을 너무 기초적인 내용처럼 보인다고 무시하시면, 섭섭합니다.ㅎㅎ
각설하고, 고유전위장벽 이라는 것을 문학적인 표현으로 잠깐만 다루어 보겠습니다.
#특이한 경주 톨게이트~ 이곳을 통과 하고싶거든 돈을 내시요.ㅋㅋ 반도체는 돈 대신에 전압을 통과 요금으로 징수한다.
당연히 반도체를 통과한 전류는 통과요금만큼의 전압을 상실한다.
고유전위장벽이란 반도체에 내장되어있는 톨게이트 같은 곳입니다.
PN접합 반도체란 지금 당장은 그냥 반도체의 대명사로 보시면 됩니다. 바이어스 전압를 설명하는 문장중에 이런게 있죠.
실제로 0V가 아닌; 임의로 높은 전위를 0V의 기준으로 삼는 것을 바이어스 전압을 가한다고 표현한다.
조금더 쉽게 문학적인 표현을 한다면, 실제로 0V가 아닌 전위를 0V인 것 처럼 느끼게 편견을 주입하는 것입니다.
그래서 일상에서 사용하는 바이어스 원래의 뜻은 [편견] 입니다.
당하는 입장에서는 속고있다는 사실을 모름므로 편견이고, 가해자 입장에서는 속이는 사기를 치는 것입니다.ㅎㅎ
회로에서는 사기를 칠려면 처음부터 끝까지 확실하게 속여야 합니다.
그게 훌륭한 엔지니어의 설계입니다. 어설프게 사기를 치다간 죽도 밥도 안됩니다.ㅋㅋ
반도체는 임의로 높은 전위를 0V의 기준으로 삼습니다. 그 임의의 높은 전위가 무었이냐고요?
예 고유전위장벽을 통과하기 위해서 요금을 징수한 전압이 임의의 높은 0V의 기준 인 것입니다.
따라서 지금 당장은 모든게 이해가 안된다고 해도 다음처럼 생각은 가져야 하겠습니다.
고유전위장벽에서 받는 요금은 수동소자처럼 상대성 지배를 받지 않고, 아주 일정 하기 때문에
반도체의 전압강하는 아주 특별한 것입니다.
반도체 업계에서 말하는 바이어스 전압이랑 일반 오디오 회로에서 사용하는
바이어스 전압이랑은 근본적인 의미가 똑같다.
#캐소드의 약자는 C가 아니고, K 이다. 아무래도 C는 콘덴서의 약어로 너무 많이 표기되기 때문에 K로 밀린듯 한다.
다리가 긴쪽이 애노드 이다. 다리 길이가 같은 경우에는 다리 굵기가 굵은쪽이 캐소드이다. 2OmA는 적정허용 전류량이다.
전압과 전류는 심하게만 말고, 적당한 오차는 상관없다. 3V이상의 역방향 바이어스를 가하면 LED는 망가진다.
(#항복전압:breakdown voltage) 문장을 외울것이 아니고, 필요할때 찾아보면 그만이다.
다만 그래프는 확실하게 이해하고 넘어가는게 진짜 원리에 접근하는 길이다.
LED는 색상마다 다 다르지만, 순방향 바이어스는 고유전위장벽에서 약 2V 의 요금을 징수합니다.
일반 실리콘 다이오드는 약 0.7V 의 요금을 징수합니다. 반도체는 가만 앉아서 금방 부자 되겠습니다.ㅎㅎ
위 그래프 순방향 바이어스쪽에 실리콘 다이오드라고 가정한다면, 약 0.7V 부근에서 전류 통과량이
급격하게 증가하는 현상을 나타낸 것입니다. 그래프에서는 고유전위장벽이라고 아무런 표시도 없습니다.
그러나? 그래프에서 눈에는 보이지 않는 고유전위장벽을 읽을 수 있어야 하겠습니다.
역방향 바이어스는 나중에 제너 다이오드를 다룰때 언급해 보겠습니다.
지금 당장 제너를 다루기에는 좀 무리라고 생각합니다.
그러니까 전원부를 설계할때 브리지 다이오드의 전압강하는 생각할 수 있어야 하겠습니다.
트랜스에 얻는 전압에서 약 1.4V의 전압강하 는 누가 알려주지 않아도 생각할 수 있어야 하겠습니다. 왜 1.4V 냐구요?
브리지 니까요. 다이오드 두개가 한팀이니까요.
더 나아가서는 반도체인 IC레귤레이터의 전압강하 까지도 생각할 수 있어야 제대로 된 전원부를 설계할 수 있겠습니다.
전압강하는 아주 아주 중요한 현실적인 개념입니다.
이상 감사합니다.
출처: http://blog.naver.com/his76?Redirect=Log&logNo=30126485061
엔지니어에게 최상의 대안이 될 수 있는 ‘아이디얼 다이오드’
글 – 짐 해리슨(Jim Harrison)/ 링컨 테크놀로지 커뮤니케이션(Lincoln Technology Communications)
아이디얼 다이오드는 주로 3가지 분야에 활용된다. 첫 번째 분야는 배터리로 작동하는 기기의 역전압을 간단한 방식으로 보호하는 것이다. 이 기능은 배터리와 회로 사이에 다이오드를 직렬로 연결해 손쉽게 구현된다. 두 번째는 높은 신뢰도의 이중화 전원 공급장치를 위해 다이오드 OR 회로로 활용하는 것이다. 마지막은 다이오드 OR 회로(게이트 회로)와 구조는 동일하지만, 휴대전화를 비롯한 여러 모바일 기기 기판에 장착된 충전식 배터리와 일반 충전기 사이에서 전원을 선택하는 선택 회로로 활용하는 것이다. 뿐만 아니라 아이디얼 다이오드(예: MAX16915 )는 전원 입력부를 과전압으로부터 보호하는 용도로도 활용된다.
설계자들은 앞서 언급한 3개 응용분야 모두에 일반 다이오드 대신에 쇼트키 다이오드를 사용할 수도 있다. 쇼트키 다이오드는 순방향 전압 강하에 상당한 도움이 된다. 일반 다이오드 경우 순방향 전류가 1A일 때 전압은 1.1V에서 약 0.45V로 강하되는 반면 아이디얼 다이오드는 동일한 전류에서 전압이 85mV까지 강하하며 비용도 높지 않고 크기도 훨씬 작다.
이처럼 전력 소비와 전압 손실을 낮춰주는 아이디얼 다이오드 IC는 저전압 배터리로 전원을 공급받는 경우 중요한 요소이다. 또한, PC 기판에서 차지하는 면적도 작고 쇼트키의 중대한 문제점을 해결해준다. 쇼트키 다이오드는 전류가 1A인 기기에서 누설 전류가 1mA에 달할 정도로 매우 높은데 이러한 누설 전류는 특히 1차 배터리에서 부정적 요소로 작용한다. 이에 반해 아이디얼 다이오드는 동일 전류에서 온도 변화에 따른 역방향 누설 전류가 일반적으로 1µA 미만으로 매우 적다.
아이디얼 다이오드를 구현하는 방법으로는 자체 제작, 외부 FET(Field Effect Transistor)용 구동칩 사용, FET가 내장된 기기 사용 등 3가지가 있다. FET 구동에서 중요한 점은 구동 회로가 MOSFET 의 순방향 저압 강하를 제어함으로써 경로 간 전류의 흐름이 발진 현상 없이 원활하게 유지되도록 하는 것이다. 아이디얼 다이오드가 올바르게 구현되면 배터리 역접속, 과전압, 전류 유입 상황에서 기기를 완벽하게 보호할 수 있다. 외부 FET를 사용하는 아이디얼 다이오드 컨트롤러 IC는 최대 정격 전류 5A, 최대 정격 전압 80V로 구현 가능하다.
완전한 아이디얼 기기에 대한 좋은 사례 – 맥심 MAX40200
맥심 MAX40200 는 완전한 아이디얼 기기에 대한 좋은 사례다. 이 제품은 1.5~5.5V의 공급 전압 범위에서 작동하고 최대 허용 전류가 1A이며, 0.73mm² 의 초소형 4범프 WLP 또는 SOT23-5 패키지로 제공된다. 온도에 대한 자체 보호 기능도 있어 섭씨 -40~125도의 온도 범위에서 안전하게 작동한다. 비활성화 시 양방향에서 최대 6V 전압을 차단한다. 아이디얼 다이오드(Ideal Diodes) IC는 큰 역할을 할 수 있지만 엔지니어들은 이에 대해 잊고 있다. 아이디얼 다이오드 IC는 MOSFET(산화막 반도체 전기장효과 트랜지스터)와 연결하기만 하면 전압 강하와 누설 전류를 현저히 낮추면서 다이오드와 유사하게 작동한다.아이디얼 다이오드는 주로 3가지 분야에 활용된다. 첫 번째 분야는 배터리로 작동하는 기기의 역전압을 간단한 방식으로 보호하는 것이다. 이 기능은 배터리와 회로 사이에 다이오드를 직렬로 연결해 손쉽게 구현된다. 두 번째는 높은 신뢰도의 이중화 전원 공급장치를 위해 다이오드 OR 회로로 활용하는 것이다. 마지막은 다이오드 OR 회로(게이트 회로)와 구조는 동일하지만, 휴대전화를 비롯한 여러 모바일 기기 기판에 장착된 충전식 배터리와 일반 충전기 사이에서 전원을 선택하는 선택 회로로 활용하는 것이다. 뿐만 아니라 아이디얼 다이오드(예:)는 전원 입력부를 과전압으로부터 보호하는 용도로도 활용된다.설계자들은 앞서 언급한 3개 응용분야 모두에 일반 다이오드 대신에 쇼트키 다이오드를 사용할 수도 있다. 쇼트키 다이오드는 순방향 전압 강하에 상당한 도움이 된다. 일반 다이오드 경우 순방향 전류가 1A일 때 전압은 1.1V에서 약 0.45V로 강하되는 반면 아이디얼 다이오드는 동일한 전류에서 전압이 85mV까지 강하하며 비용도 높지 않고 크기도 훨씬 작다.이처럼 전력 소비와 전압 손실을 낮춰주는 아이디얼 다이오드 IC는 저전압 배터리로 전원을 공급받는 경우 중요한 요소이다. 또한, PC 기판에서 차지하는 면적도 작고 쇼트키의 중대한 문제점을 해결해준다. 쇼트키 다이오드는 전류가 1A인 기기에서 누설 전류가 1mA에 달할 정도로 매우 높은데 이러한 누설 전류는 특히 1차 배터리에서 부정적 요소로 작용한다. 이에 반해 아이디얼 다이오드는 동일 전류에서 온도 변화에 따른 역방향 누설 전류가 일반적으로 1µA 미만으로 매우 적다.아이디얼 다이오드를 구현하는 방법으로는 자체 제작, 외부 FET(Field Effect Transistor)용 구동칩 사용, FET가 내장된 기기 사용 등 3가지가 있다. FET 구동에서 중요한 점은 구동 회로가 MOSFET 의 순방향 저압 강하를 제어함으로써 경로 간 전류의 흐름이 발진 현상 없이 원활하게 유지되도록 하는 것이다. 아이디얼 다이오드가 올바르게 구현되면 배터리 역접속, 과전압, 전류 유입 상황에서 기기를 완벽하게 보호할 수 있다. 외부 FET를 사용하는 아이디얼 다이오드 컨트롤러 IC는 최대 정격 전류 5A, 최대 정격 전압 80V로 구현 가능하다.맥심는 완전한 아이디얼 기기에 대한 좋은 사례다. 이 제품은 1.5~5.5V의 공급 전압 범위에서 작동하고 최대 허용 전류가 1A이며, 0.73mm² 의 초소형 4범프 WLP 또는 SOT23-5 패키지로 제공된다. 온도에 대한 자체 보호 기능도 있어 섭씨 -40~125도의 온도 범위에서 안전하게 작동한다. 비활성화 시 양방향에서 최대 6V 전압을 차단한다.
[그림 1] MAX40200 아이디얼 다이오드 전류 스위치 [그림 1]의 기능 다이어그램에서는 내부 FET의 고유 기호를 보여준다. P채널 FET에는 회로가 추가되어 드레인소스 전압을 감지하고, 게이트 구동 기능에 더해 FET 다이오드의 역방향 바이어스를 유지해준다.이 아이디얼 다이오드는 일반 다이오드와 달리 정류용으로는 적합하지 않음에 유의해야 한다. 공급 전류가 60Hz 유도결합 AC인 경우 회로의 정류부에는 일반형 다이오드를 사용해야 한다. MAX40200은 여러 DC 공급 전류를 선택하는 애플리케이션용으로 설계되어 있으며, 이 칩은 최대 100mA 순방향 전류에서 최대 20mV 정전압 강하를 나타낸다. 또한 1A의 최대 정격 순방향 전류에서 전압 강하가 약 90mV까지 증가하며 이처럼 낮은 전압 강하는 전력 효율을 높이고 배터리 작동시간을 늘려준다.
다이내믹한(Dynamic) 특성의 일례로 MAX40200가 2개 탑재된 회로에서 AAA 배터리는 최대 3V까지 1Ah 용량을 유지한다. 1A에서 쇼트키 다이오드의 경우 전압 강하가 0.36V인 반면 MAX40200은 0.09V에 불과해 0.27V 차이에 해당하는 0.27Wh가 절감되어 기기의 작동 시간이 1A 최대 부하에서 15분 연장된다.
[그림 2] 휴대용 기기에 사용되는 표준형 전력 선택 회로MAX40200 IC는 섭씨 12도 히스테리시스(hysteresis, 이력현상)와 함께 과열 차단온도가 약 154도로 설정돼 전류가 500mA를 초과하는 경우에는 이 온도를 넘지 않도록 설계에 유의해야 한다. WLP 패키지 열 성능은 실제적으로 SOT 패키지 열 성능보다 우수하다.
MAX40200의 다이내믹 반응은 제품의 애플리케이션 참고 사항인 “다이오드 OR 회로에 응용 시 MAX40200가 보이는 정적/동적 특성( Static and Dynamic Behavior of the MAX40200 in a Diode ORing Application )”에 상세히 수록되어 있으며, 평가 키트인 MAX40200EVKIT 도 제공된다.
IC에 대한 추가 예시
MAX16141 아이디얼 다이오드 컨트롤러는 앞서 언급한 첫 번째 예시와는 기능면에서 상당히 다르다. 역전류, 과전류, 입력 과전압 및 저전압, 온도 과부하 상태에서 시스템을 보호해주며, 잘못된 입력 전원을 차단하고 격리한다. 이 IC는 3.5V에서 36V에 이르는 넓은 작동 전압 범위와 5μA(일반)의 낮은 차단전류 덕분에 자동차용 애플리케이션에 이상적이며 자동차 산업용 부품으로도 인증 받았다. MAX40200 IC는 섭씨 12도 히스테리시스(hysteresis, 이력현상)와 함께 과열 차단온도가 약 154도로 설정돼 전류가 500mA를 초과하는 경우에는 이 온도를 넘지 않도록 설계에 유의해야 한다. WLP 패키지 열 성능은 실제적으로 SOT 패키지 열 성능보다 우수하다.MAX40200의 다이내믹 반응은 제품의 애플리케이션 참고 사항인 “다이오드 OR 회로에 응용 시 MAX40200가 보이는 정적/동적 특성()”에 상세히 수록되어 있으며, 평가 키트인도 제공된다.MAX16141 아이디얼 다이오드 컨트롤러는 앞서 언급한 첫 번째 예시와는 기능면에서 상당히 다르다. 역전류, 과전류, 입력 과전압 및 저전압, 온도 과부하 상태에서 시스템을 보호해주며, 잘못된 입력 전원을 차단하고 격리한다. 이 IC는 3.5V에서 36V에 이르는 넓은 작동 전압 범위와 5μA(일반)의 낮은 차단전류 덕분에 자동차용 애플리케이션에 이상적이며 자동차 산업용 부품으로도 인증 받았다.
[그림 3] MAX16141 를 응용한 아이디얼 다이오드 구현 [그림 3] 회로에서 MAX16141의 차지 펌프(Charge Pump)는 연이은 외부 nFET의 게이트 전압을 전원 결선부에 비해 9V까지 높여준다. 빠른 속도로 작동하는 비교 회로가 있어 입력 전압이 출력 전압보다 낮아지면 발생 시점으로부터 최대 1μs 이내 역전류 유입을 차단한다. 또한 RS와 OUT 단자 사이에 외부 전류 감지 저항기가 연결되어 전류 과부하를 감시한다. 전류의 최대값은 조정이 가능하며 선택하는 FET에 따라 결정된다. OVSET 및 UVSET 입력은 입력부의 과전압 및 저전압 발생에 대한 설정값을 제공한다. MAX16141은 4 x 4 x 0.75mm 규격, 16-핀 TQFN 패키지로 제공되며 온도 범위 섭씨 -40~125도 사이에서 작동한다.아이디얼 다이오드는 증폭기, 전원 관리, 회로 보호 등 경우에 따라 기능이 다양하게 분류되고 여러 형태의 제품 설계에 응용될 수 있다. 대부분 엔지니어들이 이 장치에 대한 정확한 활용처를 몰라 활용률이 낮지만, 아이디얼 다이오드 대한 정확한 인식은 제품 설계에 분명 가치 있는 일이다.
정류 다이오드 기본 (Rectifier diode)
Block the Flow of Current in One Direction
다이오드는 전류를 한 방향으로만 흐르도록 해주는 부품입니다. 전류가 흐르는 방향에 대해서는 매우 적은 저항을 가지며, 반대방향에 대해서는 매우 높은 저항을 가지는 형태입니다. 따라서 전류를 흐르지 않게 하는 경우에도 미세하게나마 누설되는 전류가 존재합니다.
여러 종류의 다이오드가 존재하지만, 가장 흔히 사용되는 정류 다이오드(Rectifier diode)를 다루겠습니다.
간단한 예로 위 회로를 살펴보겠습니다. 다이오드는 두개의 연결핀을 가지고 있습니다. 하나는 anode(아노드)이고 다른 하나는 cathode(캐소드)입니다. 아노드에 캐소드보다 높은 전압이 걸리면 정방향으로 연결된 것이고, 전류를 흐르게 합니다.
전압(V)과 전류(I)에 영향을 받는 일반적인 저항과는 다르게, 다이오드에 흐르는 전류의 양과 관계없이 전압강하는 일정합니다. 다이오드의 종류에 따라 다르지만 대개 0.5V의 전압강하가 발생합니다. 위 회로에 흐르는 전류를 계산하면 아래와 같습니다.
만약 아래 그림과 같이 캐소드에 더 높은 전압이 걸리면 전류는 흐르지 않게 됩니다.
전류를 한 방향으로만 흐르도록 하는 다이오드의 특성은, 아래 그림과 같이 AC전압을 DC로 변환할 때 사용될 수 있습니다.
위 그림과 같은 효과를 정류(Rectification)라고 합니다. 위 오른쪽 그림에서 전압은 0V 가까이를 왔다갔다 하기 때문에 온전한 DC 전압의 형태를 띄고 있지는 않습니다. 이를 보완하기 위해서 커패시터를 사용하여 전압이 널뛰는 것을 완만하게 만듭니다.
다이오드의 용량은 특이하게도 제조사별 부품번호로 식별됩니다.
정방향 전압(Vf)는 다이오드를 정방향으로 연결한 경우 다이오드의 전압강하량을 의미합니다. DC-Blocking 전압은 다이오드를 역방향으로 연결할 경우 차단가능한 전압의 최대량을 의미합니다. 차단가능한 전압의 최대량을 초과하면 다이오드는 파손될 수 있습니다. 회복시간(Recovery Time)은 정방향-역방향 전환이 얼마나 빨리 이루어질 수 있는지를 나타냅니다.
끝.
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