Transcript (2강).

제2강
기초전자
1. 반도체
1. 반도체란?
- 도체와 부도체의 중간 성질을 갖는 것으로,
실리콘(Si) 이나 게르마늄(Ge)이 이에 속한다
2. 반도체의 종류
① 진성 반도체 : 사용 안함
② 불순물 반도체 P형 반도체 : 4가＋3가 (Si＋B)
N형 반도체 : 4가＋5가 (Si＋P)
제2강 기초전자
1
1. 반도체
3. 과잉전자 , 호올(정공, hole)
제2강 기초전자
2
2. 다이오드
1. 다이오드(diode, PN접합, 기호 :
)
1) 다이오드의 원리
제2강 기초전자
3
2. 다이오드
2) 다이오드의 전압 - 전류 특성
3) 다이오드의 종류
정류 다이오드
제너 다이오드
포토 다이오드
발광 다이오드(LED)
제2강 기초전자
4
2. 다이오드
4) 다이오드 사용 예
① 코일의 역기전력 흡수회로 :
- 고전압에 의해 반도체가
파손되는 것을 방지하는
회로
- 코일에 흐르는 전류가
클수록, OFF하는 시간이
빠를수록 고전압이 된다
- 다이오드와 코일을
병렬로 접속한 폐회로를
이용
제2강 기초전자
5
2. 다이오드
② 전조등 점등 경보장치 :
- 운전자가 전조등을 소등하지 않고 자동차에서 내렸을 때
경고해 주는 회로
제2강 기초전자
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2. 다이오드
2. 제너 다이오드 (Zener diode ,
)
- 어떤 전압 하에서는 역방향으로도 급격하게 전류가
흐르도록 한 것
- 제너효과 (전압), 브레이크다운 전압이라 한다
- 정전압 회로, 트랜지스터 보호용 등으로 사용
제2강 기초전자
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2. 다이오드
1) 제너 다이오드를 이용한 회로
- 램프는 어떻게 되는가?
제너 전압 5V
전원 12V
램프는 켜지나 흐리다
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2. 다이오드
2) 정전압 회로
- 정전압 회로는 입력전압이 변화해도 일정한 전압을 유지
제너전압
12V
입력전원
출력전
원
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2. 다이오드
3) 과전압 보호회로
- 스위치 ON/OFF 등에 따라 서지전압으로부터 소자를 보
호
블로워 모
M터
12V
BAT
T
에어컨
ECU
제2강 기초전자
파워 TR
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2. 다이오드
4) 발전기 전압 조정회로
제2강
전압조정용
제너다이오
기초전자
드
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2. 다이오드
5) 아래 회로를 분석하시오
12V
BAT
T
B
C
가변 저항
Dz 6.2
제2강 기초전자
E
C
B
E
12
2. 다이오드
3. 발광 다이오드 (Light Emitting Diode , LED ,
)
- 순방향으로 전류가 흐르면 빛이 발생되는 다이오드
- 접합부의 재료에 따라 눈에 보이는 가시광선에서
보이지 않는 적외선까지 발산
- 파일럿 램프, 배전기 내의 크랭크 각 센서 등에 사용
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2. 다이오드
4. 포토 다이오드 (photo diode ,
)
- 포토 다이오드에 역방향 전압을 가한
상태에서 PN 접합부에 빛을 쪼이면
공핍층 내의 전자의 운동이 활발해
져서 역방향으로 전류가 흐른다
- 포토 다이오드는 조사되는 빛의 양에
비례하여 전기저항이 감소하므로
흐르는 전류의 양이 많아진다
- 일사센서, 배전기 내 1번 TDC 센서
레인센서 등에 사용
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2. 다이오드
1) 포토 다이오드에 빛이 가해지면 램프는?
조사량에 따라 전구가 점점 밝아
진다
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2. 다이오드
2) 포토 다이오드 이용 가로등 제어회로
- 작동원리를 설명해 보시오!
제2강 기초전자
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3. 트랜지스터
1. 트랜지스터(transistor , PNP • NPN 접합)
- transistor = transfer + resistor 의 합성어
1) 트랜지스터의 종류
① 쌍극성 트랜지스터(bi-polar TR)
• 정공과 전자에 의해 전기가 전도
• 일반적으로 사용(PNP TR , NPN TR)
② 단극성 트랜지스터(uni-polar TR , 전계효과 TR ,
FET)
• 해당 반도체 결정내의 한 종류 반송자만이 즉,
P형에서는 정공이, N형에서는 전자가 전기전도에 관여
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3. 트랜지스터
2) 트랜지스터의 기호
① NPN형 TR
② PNP형 TR
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3. 트랜지스터
3) 트랜지스터의 작동원리
- NPN형 TR의 작동원리
C
B
E
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3. 트랜지스터
4) 트랜지스터의 작동전압
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3. 트랜지스터
5) 트랜지스터의 증폭작용 , 스위칭 작용
제2강 기초전자
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3. 트랜지스터
2. 포토 트랜지스터(photo TR)
- TR의 일종으로 NPN , PNP 접합이 있다
- 베이스가 없이(있어도 사용하지 않는다) 빛을 받아
컬렉터 전류가 제어된다
- 이미터와 컬렉터 사이에 역방향 전압을 걸고 베이스에
빛을 쪼이면, 빛에 의해 전자가 궤도를 이탈하여
자유전자가 되어 역방향으로 전류가 흐르게 되며,
빛이 강할수록 자유전자 수도 증가되어 더욱 많은 전류가
흐른다
제2강 기초전자
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3. 트랜지스터
1) 포토 트랜지스터의 사용 예
포토 TR에 빛을 쬐이면 램프는 꺼
진다
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3. 트랜지스터
3. 다링톤 쌍(Darlington pair)
- 높은 전류 증폭을 얻기 위해
두 개의 트랜지스터를
하나의 쌍으로 접합하여
소자로 만든 것
B
- 1개의 트랜지스터로 2개 분의
증폭효과를 발휘
- 아주 적은 베이스로 큰 전류를
조절할 수 있다
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C
Tr1
Tr2
E
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3. 트랜지스터
4. 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor,
FET)
- 드레인은 + 전극 , 소오스는 - 전극 , 게이트는 제어전
극
- N형 반도체 기판에 P형 반도체를 침투시킨 것을 N 채
널,
D
D
P형
〃
N
〃
P 채널
이라 한다.
G
G
S
S
P 채널
N 채널
제2강 기초전자
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3. 트랜지스터
4-1) 트랜지스터와 릴레이의 차이점
- 트랜지스터와 릴레이 모두 작은 전류로 큰 전류를 제어
- 릴레이는 ON-OFF시 반드시 접점이 필요하나,
트랜지스터는 접점이 필요없다
- 트랜지스터의 스위칭 동작이 대단히 빠르다.
- 트랜지스터는 1초에 1000회 이상,
릴레이는 100∼200회 정도
- 트랜지스터는 접점이 없으므로 릴레이와 같은 접점의 마
모,
채터링(chattering)이 없고, 동작이 안정
- 트랜지스터는 베이스 전류를 가감하여 컬렉터 전류를 제
어
제2강 기초전자
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3. 트랜지스터
5. 릴레이
1) 릴레이의 종류
종
류
명
칭
사
용
예
N/O 타
입
보편적으로 사용
N/C 타
입
도난방지 릴레이
(버글러 알람)
제2강 기초전자
3 Way 타입
와이퍼 릴레이
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3. 트랜지스터
2) 릴레이의 이해
- 릴레이 단자에는 고유 No.가 기록
30
87
85
86
제2강 기초전자
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3. 트랜지스터
3) 릴레이 단자 번호별 기능 및 특징
30
85
86
87
30
85
86
87
30
단자명칭
기 능
30
부하(B+, 또는 IG전원)
87
부하에 연결
85
코일(B+, 또는 IG전원과 연결)
86
코일(제어선으로 주로 유닛과 연결)
제2강 기초전자
85
86
87a
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87
3. 트랜지스터
4) 릴레이의 서지 방지 기능
- ON/OFF시 서지발생 억제 위해 다이오드 또는 저항을
내장
다이오드 삽입
형
저항 삽입
형
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3. 트랜지스터
6. 어느 전구가 점등될 것인지 판정하시오(4가지)
①
②
A
Tr1
C
B
E
제2강 기초전자
Tr2
C
C
B
B
E
E
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3. 트랜지스터
③
④
Tr1
B
E
Tr2
B
Tr1
C
B
Tr2
C
C
B
C
E
제2강 기초전자
E
E
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3. 트랜지스터
7. 램프가 점등되려면 스위치는?
Tr2
S/
W
Tr1
S/W ON하면 꺼지고, OFF하면 켜
진다
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3. 트랜지스터
8. TR1 , TR2 의 작용
Tr2
Tr1
S/
W
OF
F
스위치
Tr1
Tr2
OFF
ON
ON
OFF
표시등
OFF OFF (소등)
ON
ON (점등)
제2강 기초전자
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3. 트랜지스터
9. 회로를 분석해 봅시다
– 도어 유리
M
Tr1
Tr2
Tr3
제2강 기초전자
Tr4
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3. 트랜지스터
9-1) 스위치 왼쪽으로
모터 좌회
M전
Tr1
Tr2
Tr3
제2강 기초전자
Tr4
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3. 트랜지스터
9-2) 스위치 오른쪽으로
모터 우회
전
Tr1
Tr2
M
Tr3
제2강 기초전자
Tr4
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4. 반도체소자
1. 서미스터(thermistor)
정온도 특성 서미스터 : 온도가 증가함에 따라 저항이 증
가
(Positive Temperature Coefficient thermistor, PTC)
부온도 특성 서미스터 :
(NTC 서미스터)
〃
감소
- 온도에 따라 저항의 크기가 변하는 반도체 소자
- 엔진 수온센서, 연료의 잔량감지 등에 사용
제2강 기초전자
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4. 반도체소자
1) 부특성과 정특성
저항
(R)
저항
(R)
온도(T)
온도(T)
정특성
부특성
제2강 기초전자
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4. 반도체소자
2) 사용 예
제2강 기초전자
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4. 반도체소자
3) 사용 예
제2강 기초전자
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4. 반도체소자
2. 사이리스터 (thyristor, SCR)
-
PNPN , NPNP 의 4층 구조로 된 반도체 소자
애노드(anode) , 캐소드(cathode), 게이트(gate)로 구성
단지 스위칭 작용만 함
자동차는 축전기 방전식 점화장치, 와이퍼회로 등에 사
용
제2강 기초전자
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4. 반도체소자
3. 광도전 소자 (광도전 셀)
- 빛의 조사량에 따라 저항값이 변하는 반도체 소자
- 종류로는 유화카드뮴(CdS)을 소재로 한 CdS 소자와
유화납(PbS)을 소재로 한 PbS 소자가 있다
- CdS 소자는 가시광선에 대해 감도가 높으며,
조사량이 증가하면 저항이 감소하고,
〃 감소하면 〃 증가한다
- 주로 가로등의 자동점멸, 카메라의 노출계 등에 사용
제2강 기초전자
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4. 반도체소자
1) 사용 예
제2강 기초전자
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5. 논리회로
1. 논리곱(AND, 직렬회로)
제2강 기초전자
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5. 논리회로
2. 논리합(OR, 병렬회로)
제2강 기초전자
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5. 논리회로
3. 논리부정(NOT)
제2강 기초전자
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5. 논리회로
4. 논리곱 부정(NAND)
제2강 기초전자
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5. 논리회로
5. 논리합 부정(NOR)
제2강 기초전자
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5. 논리회로
6. 비교기(OP 앰프)
- a와 b에는 각각 동력이 공급되어 있
다
- 입력 d에 일정전압이 걸려있을 때,
입력 c로부터 입력 d보다
큰 전압이 걸리면,
출력단자 e에는
a의 전압(Va)이 나오고,
같거나 낮은 전압이 나오면
b의 전압(Vb)이 나온다
Vc＞Vd : 출력 발생 , Vc＜Vd : 출력 안나
50
옴제2강 기초전자
5. 논리회로
- 입력 c와 d에 걸리는 전압이
일정한 타입을 Reference 전압,
변동되는 것을 Variable 전압이라 한다
제2강 기초전자
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5. 논리회로
7. 논리회로의 응용
1) 압축기 조정회로
제2강 기초전자
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5. 논리회로
1-1) 압축기 조정회로 설명
- 공기 저장탱크 내의 압력이 저하되면 압력스위치는
“ON”,
이로 인해 압력 검지회로는 “0” 이 되고,
이Tr
신호는
NOT 에 의해 “1” 로 변환된 후
1
Tr
을1 작동시킨다 Tr2
- 이 작동하면 가 도통하여
컴프레셔 솔레노이드를 접촉시켜 공기압축기가 작동한다
제2강 기초전자
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5. 논리회로
2) 브레이크 경고등 회로
제2강 기초전자
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5. 논리회로
2-1) 브레이크 경고등 회로 설명
① 브레이크 오일이 부족하면 주차 브레이크 상관없이
경고 SW가 “ON” 되어 경고램프 점등
② 주차 브레이크가 잠긴 상태일 때 IG SW를 “ON” 하면
주차 브레이크가 “0”이 되어 NOT1 에서 “1” 이 출력,
따라서, AND1 , AND2 모두 “1” 로 출력
차속 센서 0 이므로 AND3 “0”출력,
∴ NOT2 에서 “1” 이 출력
그러므로, OR 회로에 관계없이 Tr을 “ON” 시키고
램프는 점등한다
제2강 기초전자
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5. 논리회로
2-1) 브레이크 경고등 회로 설명
③ 차속이 5km/h 또는 그 이상에 다다르면 차속 센서가
“ON,
OFF” 함에 따라 펄스신호가 “1”과 “0” 이 반복된다
∴ 그 신호에 따라 브레이크 경고램프가 점멸하게 된다
④ 그러므로 주차 브레이크 SW가 “ON” 일 때
차속이 5km/h 이하에서는 그냥 점등이 되고,
그 이상이 되면 점멸을 하게 된다
제2강 기초전자
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5. 논리회로
3) 점화키 홀 조명
제2강 기초전자
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5. 논리회로
3-1) 점화키 홀 조명 회로 설명
① 엔진 키가 “OFF” 상태일 때 도어 문을 열면
도어 스위치가 “ON” 되어 NOT 출력은 “1” 이 되고,
OR 회로로 들어가면 출력 “1” 로 인해 Tr 이 작동하여
키 홀 조명등이 점등
② 시트에 앉아 문을 닫으면 NOT 출력은 “O” 이 되나,
이 순간 타이머의 출력 “1” 이 NAND의 한쪽에 걸리므
로
출력 “1” 은 다시 OR를 작동시켜 일정시간 계속 점등
③ 위의 상태에서 키를 꼽고 “ON” 으로 돌리면 타이머 출
력
“1” 과 No.9 를 통한제2강
신호
“1” 이 20번 터미널을 거쳐
기초전자
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5. 논리회로
4) 쿨러 앰프 – home work !!
제2강 기초전자
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