전자회로 해석 및 설계 6일차

기준전압을 만들어주는 회로를 레퍼런스 회로라고 한다. PCB상에서 기준전압을 만들어주는 부품이 제너 다이오드이다. 

PN접합에는 무조건 기생 캐퍼시턴스가 만들어진다. 

 

LED는 전류가 밝기를 결정한다. 

 

레귤레이터의 입력 전압과 출력 전압과의 차이를 Drop-out Voltage라고 한다. 이 전압 값이 작아야 레귤레이터의 Power소모가 줄어든다.

 

Drop-out Voltage를 0.2 ~ 0.5V로 줄인 전압 레귤레이터 IC를 Low Drop Out (LDO)라고 한다.

 

 

스위치가 오픈되었지만, 인덕터 때문에 발생된 지연된 전류 때문에, 스위치 양단에 kV단위의 큰 전압이 발생해 스위치 소자(보통 트랜지스터)가 망가질 수 있다. 

이러한 현상을 방지하는 회로를 Snubber회로(완충회로)라고 한다. 

Snubber 회로는 다이오드나 캐퍼시나와 저항을 직렬연결 하면 Snubber회로역할을 할 수 있다.

다이오드로 만들어진 회로는 전압이 전압원의 전압 + 다이오드의 도통 전압이상으로 올라가지 않도록 막아준다. 

 

RC Snubber 회로는 다이오드 회로에 비해 가격이 저렴하고 내구성이 더 높다는 장점이 있다. 

단점은 설계하기 어렵다는 점이다. 

 

 

Snubber 회로가 없다면, 스위치 양단의 전압이 스위치가 오픈되는 순간 9kV까지 튀는 모습을 볼 수 있다. 

 

 

다이오드를 넣으면, DC전압원의 전압 + 도통 전압 만큼만 올라가는 모습을 볼 수 있다. (약 5.7V)

 

RC Snubber

연두 : 1n, 빨강 : 10n 파랑 : 100n, 노랑 : 1u..

 

 

시뮬레이션을 이용하면 이론적인 내용은 잘 몰라도 어떠한 부품의 대략적인 값을 선택할 수 있다.

 

정전기 방전

 

정전기는 어딘가에 전하가 쌓이는 현상을 말한다. 마찰이 일어나면 마찰된 물체들은 하나는 +, 하나는 -로 대전된다. 

정확히 말하면 두 물질 중 하나는 마찰열 때문에 전자를 잃어버린다. 전자를 잃어버린 물체는 +, 전자를 얻은 물체는 -처럼 보이게 된다. 

정전기 현상에 가장 영향을 많이 주는 외부요인은 습도이다. 습도가 많을수록 작은 물알갱이들을 따라 전하가 쌓이지 않고 빠져나가게 된다. 건조하면 전하가 빠져나가지 못하고 쌓이게 된다. 

이렇게 쌓인 전하가 빠져나가면서 큰 전압과 전류가 흐르는 현상을 정전기 방전이라고 한다. 

이 정전기들이 반도체 칩을 망가뜨릴 수 있다. 

반도체

설계 과정에서는 CDM으로 ESD테스트를 하고, 완제품에는 HBM 모델로 테스트를 한다. ESD 테스트를 통과 못하면 출시를 할 수 없다. IEC-61000-4-1 라는 규격으로 테스트를 한다. 

 

정전기 방지대책의 모든 동작들은 다이오트의 클램핑 기능을 기반으로 한다. 

 

2개의 다이오드로 구성하게 되면 선이 많아질수록 회로가 너무 복잡해지는 단점이 있다. 또, ESD가 빠지는 순간 근처에 있는 데이터선에 노이즈가 발생하게 된다. 

 

Varistor는 TVS에 비해 내구성이 훨씬 좋고, 가격도 일반 저항과 비슷한 정도로 저렴하다. 하지만 PCB회로에는 TVS를 많이 사용한다. 

Varistor는 TVS에 병렬로 C가 연결된 등가회로로 표시된다. 이 기생 커패시턴스 때문에 고주파수의 데이터가 기생 커패시턴스 때문에 변질된다. 따라서 고속 주파수 회로에서 TVS를 주로 쓴다. 

낮은 주파수 회로에서 ESD 대책으로는 Varistor를 사용할 수 있다. 

고주파수 회로가 아닌 민감한 회로에서는 두 소자를 둘 다 장착하는 경우도 있다. 

단뱡향 TVS는 +전압에서 D1 제너 다이오드의 제너 항복 전압인 Vz까지, -전압에서 제너 다이오드의 순방향 도통 전압인  Vf까지 방지해줄 수 있다. 단방향 TVS는 + 전압만 가지는 데이터 라인에 주로 사용된다. 

 

양방향은 신호 라인에 주로 사용된다. 

외부에서 내부로 들어오는 라인에는 모두 ESD 대책이 필요하다. USB, IO 등등

 

 

트랜지스터

트랜지스터의 동작원리

npn트랜지스터에서 전류가 흐를려면 E 전압이 가장 낮아야 한다. 

pnp에서는 E전압이 가장 높아야 한다. 

npn에선 Vbe가 0.7v이상 되어야 전류가 흐른다

pnp에선 Veb가 0.7v이상 되어야 한다. 

증폭기 : active영역, SW : Saturation 영역

현재 결과는 30uA일 때 스위치처럼 동작한다. 현재는 40~50uA를 주면 안정적으로 스위치 영역으로 동작할 것이다. 

Vce에 약 0.2V의 전압이 생기기 때문에, 트랜지스터는 ideal한 스위치처럼 동작하지 않는다. 트랜지스터에서 Power 소모가 생기게 된다. 따라서 저전력 회로에서는 BJT스위치를 사용하기 힘들다. 

실제 회로에서는 정전류원을 사용할 수 없기 때문에 원하는 Ib를 옴의 법칙을 이용해 만들어야 한다. 

전압과 그에 맞는 저항값을 정하려면 다음 식을 사용한다. 

 

트랜지스터가 ON OFF되는 모습을 볼 수 있다. 

이미터 단자에 부하를 달아도 되지만, 부하의 전압 특성이 B에 영향을 줄 수 있기 때문에, 보통 C에다 부하를 건다.