## 다이오드 • + 또는 - 방향으로만 전류를 흐르게 하여 일반적으로 정류회로에 사용되는 부품 • 다이오드의 활용 – 다이오드의 성질을 이용하여 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 정류작용에 이용 – AM라디오 전파 내에 포함되어 있는 음성 신호를 추출하는 검파회로에 이용
## 진성반도체 • 불순물을 첨가하지 않은 순수한 반도체 • 불순물을 전혀 포함하지 않음 • 가전자대와 전도대의 사이에 가로놓여진 에너지간격(energy gap)을 지나 들뜨게 된 전자와 정공의 양쪽에 의해 전기전도가 전혀 일어나지 못하는 반도체 • 4가의 공유결합을 한 진성반도체 – 순도를 높이면 높일수록 반도체는 전기전도가 전혀 일어나지 못하는 상태에 가까워짐 – 전자 수와 정공 수는 거의 같고 부도체에 가까움 – 해당하는 원소는 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)
## P형 반도체 • 반도체는 순수 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)에 소량의 3가 원소인 인듐(In)을 혼합하면 원자 대신 3가인 인듐 원자가 게르마늄과 공유결합을 하게 됨 • 인듐 원자는 4가인 게르마늄 원자보다 1개의 전자가 부족 • 부족한 전자를 채우기 위해 주위에서 전자를 끌어당기는 흡인력을 갖게 되고 여기서 전자가 부족한 곳은 (-)전하를 가진 전자를 끌어들이려 함 • 정공(hole) : (+)전하가 있는 것과 같으나 실제로는 아무것도 없으므로 (+)전하의 성질을 띤 구멍이라는 뜻
## N형 반도체 • 순수 실리콘이나 게르마늄에 5가 원소인 비소(As), 안티몬(Sb)을 결합시키면 5가인 비소가 실리콘과 공유결합을 하게 됨 • 5가인 비소가 실리콘과 공유결합 • 비소의 전자 4개는 4가 원소인 실리콘과의 공유결합에 사용
• 나머지 1개는 결합을 할 곳이 없어 이동하기 쉽고 불안정한 상태로 남음
• 자유전자 혹은 과잉전자로 비교적 전류가 흐르기 쉬운 상태가 됨
## 다이오드의 구조와 동작 원리 • P형 반도체와 N형 반도체를 접합한 것 • P형 반도체와 N형 반도체를 접합할 경우 : P형 반도체와 N형 반도체가 접합되어 있는 부근에는 서로간의 흡인력으로 인해 정공과 전자는 서로 상대 영역으로 확산이 일어남
## 실리콘 특성 곡선
• 교류 전기를 직류 전기로 변환 할때 활용
## 게르마늄 다이오드
• 순방향 특성이 좋으나 역내 전압이 낮아 높은 전압의 정류에 부적당
• 고속의 스위칭[ON/Off] 회로에 적합
## 실리콘 다이오드
• 순방향 특성이 게르마늄보다 떨어지나 역내 전압이 높아 전류용이나 높은 전압의 정류에 적합
## 다이오드의 분류와 기호
## 검파다이오드와 정류다이오드 • 검파다이오드 – 반도체 금속을 접촉하여 만든 점 접촉형다이오드(쇼트키다이오드) 사용 – 접합 용량이 적어서 고주파용으로 적합하고 검파, 변조, 혼합, 스위칭 등에 사용 • 정류다이오드 – P형 반도체와 N형 반도체를 접합하여 만든 것으로 확산 접합형과 합금 접합형
## 제너다이오드 • PN 적합에 역방향 전압을 점차 증가시키면, 어느 전압에서 역방향 전류가 급격히 증가해 저항 값이 매우 작아짐 • 「항복 현상」이라 하며 전압을 「항복 전압」이라 함 • 항복전압 Vz에 도달하기까지 역방향전류는 소량 • Vz 전압에서 매우 급하게 역방향 전류 증가
• 정전압 특성을 이용하여 전압 안정화 회로에 응용
## 터널다이오드 • PN 접합다이오드에서 불순물의 농도를 매우 크게 하면 얇은 공핍층에 높은 전계가 걸려서 터널 효과에 의한 터널 전류가 흐름 • 터널 전류 : 에사키전류 • 다이오드 : 에사키다이오드
• 터널다이오드 특성 곡선을 순방향에서의 부성 저항을 이용해 증폭 • 마이크로파 발진회로, 스위칭회로 등에 사용
## 발광다이오드(LED) • LED(Light Emitter Diode)라고도 함 • 여기상태의 전자 에너지가 기저상태로 환원될 때 가지고 있던 위치 에너지를 빛 에너지로 발산해 기존의 필라멘트 전구와 다름 • 전자적인 발광현상을 이용해 각종 표시장치에 이용 • 발광다이오드는 여러 가지 종류와 특성이 다르므로 이에 맞추어 선택해 사용 – 주로 적색, 녹색, 황색이 많고 청색도 있음 – 하나의 발광다이오드에 적, 녹의 발광모드가 함께 포함되어 있어 각각 전압을 인가하면 황색이 나타남 – 전압의 크기에 따라 색상이 다르게 발광하도록 설계된 다이오드도 있음
## 수광다이오드 • 포토(Photo)다이오드라고도 하며 발광다이오드로부터 나오는 빛을 검출하여 그 특성을 이용한 광센서회로에 활용 • 포토커플러(Photo coupler)회로를 구성하여 회로와 회로 간에 완전 절연을 설계하는데 사용
## 가변용량다이오드 • 다이오드 양단에 역방향의 전압을 가했을 때, 다이오드의 접합면이 가지고 있는 용량 값이 변화, 전압의 변화에 따라 접합 용량 값이 변화하는 소자 • 전압이 증가할수록 용량이 작아짐 • 가변용량 특성을 이용해 FM 변조회로의 AFC 동조회로에 응용됨
## 브리지다이오드 • 전파정류를 위하여 다이오드 4개를 다리형태로 연결 • “+”전압과 “-”전압을 교대로 하여 한 반향으로 정류될 수 있는 전파정류회로를 설계할 수 있도록 한 소자 • 소자 특성을 이용하여 전파 정류회로 구성에 사용
전압-전류와의 관계 • 콘덴서 양단에 걸린 전압 - V • 축전기(콘덴서)의 전기용량 - C • 축전기에 저장되는 전하량 Q=CV2
#RLC 회로
RLC 회로
• RLC 회로 : 전기, 전자 회로에서 저항기, 코일, 콘덴서로 이루어진 회로
## 유도성 리액턴스
유도성 리액턴스
• 저항 : 직류 또는 교류에서 동일한 저항 값을 가짐
• 코일과 콘덴서 : 교류에서 전류의 흐름을 방해하는 성질을 가짐
## 용량성 리액턴스
용량성 리액턴스 • 리액턴스(Reactance) : 교류에서 전류의 흐름을 방해하는 성질을 가짐 • 콘덴서: 용량성 리액턴스(Xc)라 하며 각각 Xc로 표기 • 사용 단위: R과 X가 합성되어 있을 때 임피던스라고 하며 “Z”로 표기
#리엑턴스 구하는 방식
## 리액턴스
리액턴스 •주파수에 비례 또는 반비례 •R, L, C 복합 회로에서 위상차 발생 •위상차로 인해 특정 주파수가 인가될 때는 공진(Resonance) 현상 발생
## 공진주파수 회로
공진주파수 회로
• LC 직렬회로 • 병렬 공진 회로 • 발진 회로와 주파수 또는 임피던스 측정 회로로 널리 사용 • 유도 리액턴스 성분 : 주파수가 증가할수록 커짐 • 용량 리액턴스 성분 : 주파수가 증가할수록 작아짐 • 유도 리액턴스와 용량 리액턴스 값이 같아지는 주파수는 공진주파수 • 공진주파수 공식
저역통과 필터(LPF) • 코일과 콘덴서 소자로 구성하며 필터 회로에 활용 • 필터는 특정한 주파수 대역의 신호를 통과 또는 차단하는 기능을 가짐 • 주파수가 낮은 영역의 신호 성분 : L에 의해서 통과 • 주파수가 높은 영역의 신호 성분 : 코일의 임피던스가 높아짐과 동시에 콘덴서의 임피던스는 낮아져 고주파 신호 성분은 통과하지 못하고 콘덴서를 통해서 접지로 흐름
## 고역통과 필터(HPF)
고역통과 필터(HPF) • 주파수가 낮은 영역의 신호 성분 : 콘덴서에 의해서 통과 불가 • 주파수가 높은 영역의 신호 성분 : 코일의 임피던스가 높아짐과 동시에 콘덴서의 임피던스는 낮아져 고주파 신호 성분은 콘덴서를 통해서 출력 단자로 통과
## 대역통과 필터(BPF)
대역통과 필터(BPF) • 직렬로 접속한 코일과 콘덴서 회로는 공진 주파수 부근의 신호 성분만 통과 • 병렬로 접속한 LC 회로는 공진 주파수 부근이 되면 접지에 대한 신호 성분을 바이패스(By pass)시키는 기능 상실 • 공진 주파수 부근에 있는 대역의 신호 성분만 통과시킴
## 필터의 특성 곡선
필터의 특성 곡선
• x 축-주파수에 따른 라디안 값
• y 축-입력 전압 대비 출력되는 전압 표기
• LPF 저역통과 필터 : 점점 하양함
• HPF 고역통과 필터 : 점점 상양함
• BPF 대역통과 필터 : 상하향 곡선을 그림
## 평활 회로
코일 입력형과 콘덴서 입력형 • 코일 입력형 – 코일을 입력형으로 설계한 코일 • 콘덴서 입력형 – 콘덴서를 회로와 같이 구성 – 입력을 통해 주파수를 통과 시킴 – 출력 단자 맥류에 남아있는 교류 성분 제거 – 직류 성분만을 OUT(출력)시킴 – 저주파 필터 회로
• 인덕터(L)를 이용한 평활 회로 – 고주파 성주 : 통과 불가 – 저주파 성분 : 통과 • 커패시터(C)를 이용한 평활 회로 – 고주파 성주 : 통과 – 저주파 성분 : 통과 불가
• 입력의 고주파는 커패시터와 인덕터에 의해 제한되고, 낮은 주파수를 포함한 직류 성분만 출력
## 파이(Π) 형 필터 • 평활 회로 중 가장 성능이 우수한 파이형 필터 • 인덕터 입력형 LC회로 + 커패시턴스 입력형 CL회로 • 회로의 전원 입력단에 전원 잡음 제거용으로 가장 많이 사용 • CLC필터는 효율이 좋지만, 가격 면에서 CRC필터보다 비쌈
## 미분 회로(Differentiator, Differential Circuit) • 신호에 대한 미분 연산을 전기 회로적으로 수행 • 입력 신호 파형의 시간 미분(시간 변화율)에 비례하여 출력을 발생 시킴 • 미분기 해석은 펄스(Pulse) 응답의 관점에서 저항 양단의 출력 전압을 얻는 직렬 RC 회로로 구성 • 미분기의 활용분야 – 구형파 앞과 끝의 순간(Leading Edge, Trailing Edge)을 검출시키는 회로로 사용 – 램프 신호 입력으로부터 미분파 출력 회로에 활용
## 적분 회로(Integrator, Integration Circuit) • 신호에 대한 적분 연산을 전기 회로적으로 수행 • 입력 신호 파형의 시간 적분에 비례하여 출력을 발생시킴 • 적분기 해석은 펄스 응답의 관점에서 커패시터 양단에서 출력 전압을 얻는 직렬 RC 회로 • 커패시터 충전과 방전의 속도는 RC 시정수에 의해 결정 • 커패시터 양단의 전압은 순간적으로 변화될 수 없고, 지수함수적으로 서서히 변화