본문/내용
△제너다이오드
제너다이오드는 다이오드에 역방향 전압을 가했을 때 전류가 거의 흐르지 않다가 어느 정도 이상의 고전압을 가하면 접합면에서 제너 항복이 일어나 갑자기 전류가 흐르게 되는 지점이 발생하게 된다.
이 지점 이상에서는 다이오드에 걸리는 전압은 증가하지 않고, 전류만 증가하게 되는데 이러한 특성을 이용하여 레퍼런스 전압원을 만들 수 있다.
예를 들어, 만약 3V의 역전압에서 제너항복이 일어나는 다이오드를 만든다면, 이것을 이용하여 + 혹은 - 3V의 기준전압을 만들 수가 있다.
PN접합의 항복(Breakdown)영역에서 동작특성이 나타나도록 제작된 다이오드로 주로 정전압용으로 사용된다. PN반도체의 도핑레벨(Doupping Level)을 변화시켜서 2 ~ 200 [V]의 항복범위를 갖도록 해당 전압별로 제작된다.
제너(Zener)항복은 애벌런취(Avalanche)항복과 달리 다이오드가 강하게 도핑(Doupping)되면 공핍층이 대단히 좁아지므로 공핍층에서 생기는 전계의 세기가 300,000[V/cm]정도가 되면 가전자대 전자가 전도대로 충분히 끌어 올려지는데 이러한 형태에 의한 항복을 말하며, 고전계방출(Highh Field Emission)이라고도 한다.
제너다이오드의 특성에서 항복전압 Vz에 도달하기까지 역방향 전류는 무시할 수 있다. Vz에서는 급경사적으로 나타나므로 전류는 거의 수직적으로 나타난다. 대부분의 항복영역구간에 걸쳐 출력전압은 Vz와 같게 된다.
제너다이오드의 소비전력 Pz는
Pz = Vz * Iz
로 표현되는데 이 값이 최대치(Data Sheet 상에 표시)이하인 경우는 제너다이오드가 파손되지 않고 원상 복귀된다. 제너다이오드의 정격용량은 1/4 ~ 50[W]정도이다.
△바이어스
1)고정바이어스회로
그림 1-1에서 고정바이어스회로(fixed bias circui…
(1-2)
(1-3)
배’라는 용어는 저항 과로 구성된 전압분배기에서 나온말이다. 이때 저항 에 걸리는 전압은 이미터 다이오드로 순방향으로 바이어스시킨다.
그림 1-2에서 출력측에 키르히호프의 법칙을 적용시켜 직류뷰하선의 식을 유도 한다.
이므로
이 회로는 컬렉터 귀환 바이어스회로와 마찬가지로 온도변화에 따라 컬렉터 전류 의 변화를 입력쪽(VBE)에 귀환시켜 항상 컬렉터전류 Ic를 일정한 값으로 유지하는 작용을 갖고 있다. 이 관계는 다음과 같이 된다.
온도변화 → Ic의 증가 → IE의 증가 → VRE의 증가 → VBE의 감소 → IB의 감소 → IC의 감소
전압분배 바이어스는 다음과 같이 동작한다. 베이스 단자를 떼어 내어(open), R2에 걸리는 테브닌(Thevenin)전압을 구하면 다음과 같다.
트랜지스터는 제어된 전류원으로서의 역할을 한다. 이미터는 베이스에 부트스트랩되어 있기 때문에 다음과 같다.
컬렉터전류는 이 이미터전류의 값과 거의 동일하다.
이 이미터전류에 대한 공식에는 가 포함되어 있지 않는데, 이는 회로가 의 변화에 크게 관여하지 않고 동작점(Q)이 고정된다는 것을 의미한다. 이런 이유 때문에 전압분배 바이어스는 선형 트랜지스터회로에 적합한 바이어스방식이며 거의 이 방식을 사용한다.
그림 1-2회로에서 테브닌의 정리를 이용하면 등가회로를 얻을 수 있다. 이 등가회로에서
베이스 루프상에 키르히호프의 법칙을 적용하면,
이므로,
만약 RE가 보다 100배 이상 크다면 일반적으로
안정된 전압분배 바이어스회로는 다음 조건을 요구한다.
간혹 안정된 설계를 하다보면 R1과 R2 값이 적어지게 된다. 이것은 또 다른 문제점을 야기시키는 원인이 되며 이러한 경우에 대부분의 설계가들을 10%규정을 적용하여 해결한다. 즉,
Thevein 등가회로에서의 등가요소
base loop에 kvl을 적용하면 전류궤한 bias회로와 같은 결과의 안정계