기본 전자 장치-퀵 가이드

물질은 원자로 구성된 분자로 구성됩니다. 보어의 이론에 따르면,“원자는 양전하를 띤 핵과 다양한 궤도에서 핵 주위를 도는 음전하를 띤 다수의 전자로 구성됩니다.” 전자가 낮은 상태에서 높은 상태로 상승하면excited. 여기에서 전자가 핵에서 완전히 제거되면 원자가 이온화되었다고합니다. 그래서 원자를 정상 상태에서 이온화 된 상태로 올리는 과정을ionization.

다음 그림은 원자의 구조를 보여줍니다.

Bohr의 모델에 따르면 전자는 특정 Orbit, 양자 역학에 따르면 전자는 원자의 자유 공간 어딘가에 있다고합니다. Orbital. 이 양자 역학 이론이 옳다는 것이 입증되었습니다. 따라서 전자가 발견 될 가능성이있는 3 차원 경계를 다음과 같이 부릅니다.Atomic Orbital.

양자 수

전자가 움직이는 각 궤도는 에너지와 모양이 다릅니다. 궤도의 에너지 수준은 양자 수로 알려진 이산 적분 및 반 적분 집합을 사용하여 나타낼 수 있습니다. 파동 함수를 정의하는 데 사용되는 4 개의 양자 수가 있습니다.

주요 양자 수

전자를 설명하는 첫 번째 양자 수는 Principal quantum number. 그 상징은n. 숫자의 크기 또는 순서 (에너지 레벨)를 지정합니다. n의 값이 증가할수록 전자에서 핵까지의 평균 거리도 증가하고 전자의 에너지도 증가합니다. 주요 에너지 수준은 껍질로 이해할 수 있습니다.

각운동량 양자 수

이 양자 수는 l그 상징으로. 이 l은 궤도의 모양을 나타냅니다. 범위는 0에서 n-1입니다.

l = 0, 1, 2… n-1

첫 번째 쉘의 경우 n = 1입니다.

즉, n-1의 경우 l = 0은 n = 1 인 l의 유일한 값입니다.

따라서 l = 0이면 다음과 같이 호출됩니다. S궤도 함수. S의 모양은 구형입니다. 다음 그림은 S의 모양을 나타냅니다.

n = 2이면 n = 2에 대해 가능한 두 값이므로 l = 0, 1입니다.

우리는 그것이 l = 0에 대해 S 궤도라는 것을 알고 있지만, l = 1이면 그것은 P 궤도 함수.

전자가 발견 될 가능성이 더 높은 P 궤도는 dumbbell모양. 다음 그림에 나와 있습니다.

자기 양자 수

이 양자 수는 다음과 같이 표시됩니다. ml이것은 핵 주위의 궤도 방향을 나타냅니다. m l 의 값은 l에 따라 다릅니다.

$$m_{l}= \int (-l\:\:to\:+l)$$

l = 0, m l = 0 인 경우 S 궤도를 나타냅니다.

l = 1, m l = -1, 0, +1의 경우 세 가지 가능한 값이 있으며 이것은 P 궤도를 나타냅니다.

따라서 다음 그림과 같이 3 개의 P 궤도가 있습니다.

스핀 양자 수

이것은 ms여기 전자는 축에서 회전합니다. 전자의 회전 운동은 아래 그림과 같이 시계 방향 또는 반 시계 방향 일 수 있습니다.

이 스핀 양자 수의 가능한 값은 다음과 같습니다.

$$m_{s}= +\frac{1}{2}\:\:up$$

스핀 업이라는 움직임의 경우 결과는 양의 절반입니다.

$$m_{s}= -\frac{1}{2}\:\:down$$

스핀 다운이라는 움직임의 경우 결과는 음의 절반입니다.

이것들은 4 개의 양자 수입니다.

Pauli 제외 원칙

Pauli Exclusion Principle에 따르면 no two electrons in an atom can have the same set of four identical quantum numbers. 즉, 두 전자가 n, s, ml의 동일한 값을 갖는다면 (위에서 논의했듯이) l 값은 확실히 다를 것입니다. 따라서 두 전자는 동일한 에너지를 갖지 않습니다.

전자 포탄

n = 1이 쉘이면 l = 0은 하위 쉘입니다.

마찬가지로 n = 2는 쉘이고 l = 0, 1은 하위 쉘입니다.

n = 1, 2, 3… ..에 해당하는 전자 껍질은 각각 K, L, M, N으로 표시됩니다. l = 0, 1, 2, 3 등에 해당하는 하위 쉘 또는 궤도는 각각 s, p, d, f 등으로 표시됩니다.

탄소, 실리콘 및 게르마늄 (그룹 IV – A)의 전자 구성을 살펴 보겠습니다.

각각의 경우 가장 바깥 쪽의 p 서브 ​​쉘은 2 개의 전자만을 포함하는 것으로 관찰됩니다. 그러나 가능한 전자 수는 6 개입니다. 따라서 4 개의valence electrons각각의 가장 바깥 쪽 껍질에서. 따라서 원자의 각 전자는 특정 에너지를 가지고 있습니다. 모든 종류의 물질에서 분자 내부의 원자 배열은 거의 이와 같습니다. 그러나 원자 사이의 간격은 재료마다 다릅니다.

기체 물질에서는 분자 배열이 가깝지 않습니다. 액체에서는 분자 배열이 적당합니다. 그러나 고체에서 분자는 너무 가깝게 배열되어 분자 원자의 전자가 인접한 원자의 궤도로 이동하는 경향이 있습니다. 따라서 원자가 함께 모일 때 전자 궤도가 겹칩니다.

고체의 원자가 혼합되어 단일 에너지 레벨 대신 에너지 레벨 밴드가 형성됩니다. 밀접하게 포장 된 이러한 일련의 에너지 수준을Energy bands.

밸런스 밴드

전자는 특정 에너지 수준에서 원자에서 이동하지만 가장 안쪽 껍질에있는 전자의 에너지는 가장 바깥 쪽 껍질 전자보다 높습니다. 가장 바깥 쪽 껍질에 존재하는 전자는Valance Electrons.

일련의 에너지 준위를 포함하는 이러한 원자가 전자는 원자가 밴드라고하는 에너지 밴드를 형성합니다. 그만큼valence band는 IS 가장 높은 점유 에너지를 갖는 밴드 .

전도대

원자가 전자는 핵에 너무 느슨하게 부착되어있어 실온에서도 원자가 전자 중 일부가 밴드를 벗어나 자유 로워집니다. 이것들은free electrons 그들은 인접한 원자쪽으로 이동하는 경향이 있습니다.

이 자유 전자는 도체에서 전류를 전도하는 전자입니다. Conduction Electrons. 전도 전자를 포함하는 밴드를Conduction Band. 전도대 는 가장 낮은 점유 에너지를 가진 대역입니다 .

금지 된 간격

가전 ​​자대와 전도대 사이의 간격은 forbidden energy gap. 이름에서 알 수 있듯이이 밴드는 에너지가없는 금지 된 밴드입니다. 따라서이 밴드에는 전자가 남아 있지 않습니다. 원자가 전자는 전도대로 이동하는 동안 이것을 통과합니다.

금지 된 에너지 갭이 클 경우 원자가 대 전자가 핵에 단단히 결합되어 있음을 의미합니다. 이제 전자를 가전 자대 밖으로 밀어 내기 위해서는 금지 된 에너지 갭과 같은 외부 에너지가 필요합니다.

다음 그림은 밸런스 밴드, 전도 밴드 및 금지 된 간격을 보여줍니다.

금지 된 간격의 크기에 따라 절연체, 반도체 및 도체가 형성됩니다.

절연체

절연체는 금지 된 간격이 커서 전도가 발생할 수없는 물질입니다. 예 : 목재, 고무. 절연체의 에너지 밴드 구조는 다음 그림과 같습니다.

형질

다음은 절연체의 특성입니다.

  • 금지 된 에너지 격차는 매우 큽니다.

  • 원자가 밴드 전자는 원자에 단단히 결합되어 있습니다.

  • 절연체에 대한 금지 에너지 갭 값은 10eV입니다.

  • 일부 절연체의 경우 온도가 상승함에 따라 전도가 나타날 수 있습니다.

  • 절연체의 저항률은 107ohm-meter 정도입니다.

반도체

반도체는 금지 된 에너지 갭이 작고 외부 에너지가 가해지면 전도가 일어나는 물질입니다. 예 : 실리콘, 게르마늄. 다음 그림은 반도체의 에너지 밴드 구조를 보여줍니다.

형질

다음은 반도체의 특성입니다.

  • 금지 된 에너지 격차는 매우 작습니다.

  • Ge의 금지 간격은 0.7eV이고 Si의 경우 1.1eV입니다.

  • 반도체는 실제로 절연체도 아니고 좋은 전도체도 아닙니다.

  • 온도가 증가하면 반도체의 전도도가 증가합니다.

  • 반도체의 전도도는 약 102mho-meter입니다.

지휘자

전도체는 가전 자대와 전도대가 매우 가까워 져서 겹치면서 금지 된 에너지 갭이 사라지는 물질입니다. 예 : 구리, 알루미늄. 다음 그림은 도체의 에너지 밴드 구조를 보여줍니다.

형질

다음은 도체의 특성입니다.

  • 지휘자에는 금지 된 간격이 없습니다.

  • 가전 ​​자대와 전도대가 겹칩니다.

  • 전도에 사용할 수있는 자유 전자는 충분합니다.

  • 전압이 약간 증가하면 전도가 증가합니다.

  • 전자의 지속적인 흐름이 전류에 기여하기 때문에 정공 형성의 개념이 없습니다.

중요한 용어

다음 장으로 넘어 가기 전에 여기에서 몇 가지 중요한 용어를 논의 할 필요가 있습니다.

흐름

그것은 단순히 전자의 흐름입니다. 전자 또는 하전 입자의 지속적인 흐름을 전류라고 할 수 있습니다. 다음과 같이 표시됩니다.I 또는 i. 그것은에서 측정됩니다Amperes. 이것은 교류 AC 또는 직류 DC 일 수 있습니다.

전압

전위차입니다. 두 지점간에 전위차가 발생하면 두 지점간에 측정 된 전압 차이가 있다고합니다. 다음과 같이 표시됩니다.V. 그것은에서 측정됩니다Volts.

저항

그것은 전자의 흐름을 반대하는 속성입니다. 이 속성의 소유는 저항률이라고 할 수 있습니다. 이에 대해서는 나중에 자세히 설명합니다.

옴의 법칙

위에서 논의한 용어와 함께 우리는 옴의 법칙이라고하는 모든 전자 부품의 동작에 매우 중요한 표준 법칙을 가지고 있습니다. 이것은 이상적인 도체에서 전류와 전압 사이의 관계를 나타냅니다.

According to Ohm’s law, the potential difference across an ideal conductor is proportional to the current through it.

$$V\:\alpha\:\:I$$

이상적인 도체에는 저항이 없습니다. 그러나 실제로 모든 도체에는 약간의 저항이 있습니다. 저항이 증가하면 전위 강하도 증가하여 전압이 증가합니다.

그 후 the voltage is directly proportional to the resistance it offers.

$$V\:\alpha\:\:R$$

$$V = IR $$

하지만 current is inversely proportional to the resistance.

$$V\:\alpha\:\:I\:\alpha\:\:\frac{1}{R}$$

$$I = V/R $$

따라서 실제로 옴의 법칙은 다음과 같이 말할 수 있습니다.

According to Ohm’s law, the current flowing through a conductor is proportional to the potential difference across it, and is inversely proportional to the resistance it offers.

이 법칙은 회로 분석에 도움이되는 세 가지 중 알려지지 않은 매개 변수의 값을 결정하는 데 유용합니다.

semiconductor도체와 절연체 사이에 저항이있는 물질입니다. 비저항의 특성은 물질을 반도체로 결정하는 유일한 것이 아니라 다음과 같은 특성이 거의 없습니다.

  • 반도체는 절연체보다 작고 도체보다 높은 저항을 가지고 있습니다.

  • 반도체는 음의 온도 계수가 있습니다. 반도체의 저항은 온도가 감소함에 따라 증가하며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

  • 반도체의 전도 특성은 적절한 금속 불순물이 첨가 될 때 변하며 이는 매우 중요한 특성입니다.

반도체 장치는 전자 분야에서 광범위하게 사용됩니다. 트랜지스터는 부피가 큰 진공관을 대체하여 장치의 크기와 비용이 줄어들었고이 혁명은 계속해서 속도를 높여 통합 전자 장치와 같은 새로운 발명품으로 이어졌습니다. 다음 그림은 반도체의 분류를 보여줍니다.

반도체의 전도

전자에 대한 지식을 얻은 후, 우리는 가장 바깥 쪽 껍질이 valence electrons그것은 핵에 느슨하게 붙어 있습니다. 원자가 전자를 가진 원자가 다른 원자에 가까워지면 두 원자의 원자가 전자가 결합하여“Electron pairs”. 이 결합은 그다지 강하지 않으므로Covalent bond.

예를 들어 게르마늄 원자에는 32 개의 전자가 있습니다. 첫 번째 궤도에 2 개의 전자, 두 번째 궤도에 8 개, 세 번째 궤도에 18 개, 마지막 궤도에 4 개. 이 4 개의 전자는 게르마늄 원자의 원자가 전자입니다. 이 전자는 다음 그림과 같이 인접한 원자의 원자가 전자와 결합하여 전자 쌍을 형성하는 경향이 있습니다.

구멍 생성

결정에 공급되는 열 에너지로 인해 일부 전자는 제자리를 벗어나 공유 결합을 끊는 경향이 있습니다. 이 깨진 공유 결합은 무작위로 방황하는 자유 전자를 생성합니다. 하지만moved away electrons 뒤에 빈 공간 또는 원자가를 생성합니다. hole.

누락 된 전자를 나타내는이 구멍은 단위 양전하로 간주 될 수 있고 전자는 단위 음전하로 간주됩니다. 해방 된 전자는 무작위로 움직이지만 외부 전계가 가해지면이 전자는 가해진 전계와 반대 방향으로 이동합니다. 그러나 전자의 부재로 인해 생성 된 정공은 적용된 장의 방향으로 이동합니다.

구멍 전류

공유 결합이 끊어지면 구멍이 생성된다는 것은 이미 이해되고 있습니다. 실제로 반도체 결정은 공유 결합을 형성하는 경향이 강합니다. 따라서 결정에는 구멍이 존재하지 않는 경향이 있습니다. 이것은 반도체 결정 격자를 보여주는 다음 그림에서 더 잘 이해할 수 있습니다.

전자는 장소 A에서 이동하면 구멍이 형성됩니다. 공유 결합이 형성되는 경향으로 인해 B에서 전자가 A로 이동합니다. 이제 다시 B에서 공유 결합의 균형을 맞추기 위해 전자가 C에서 B로 이동합니다. 이것은 계속해서 경로를 구축합니다. 적용된 필드가 없을 때 이러한 구멍의 움직임은 무작위입니다. 그러나 전기장이 가해지면 구멍이 가해진 장을 따라 표류하여hole current. 이것은 정공의 움직임이 전류 흐름에 기여하기 때문에 전자 전류가 아닌 정공 전류라고합니다.

무작위로 움직이는 동안 전자와 구멍은 서로 만나 쌍을 이룰 수 있습니다. 이러한 재결합은 열을 방출하여 다른 공유 결합을 끊습니다. 온도가 상승하면 전자와 정공의 생성 속도가 증가하여 재결합 속도가 증가하여 전자와 정공의 밀도가 증가합니다. 결과적으로 반도체의 전도도가 증가하고 저항이 감소하여 음의 온도 계수를 의미합니다.

진성 반도체

극도로 순수한 형태의 반도체는 intrinsic semiconductor. 이 순수 반도체의 특성은 다음과 같습니다.

  • 전자와 정공은 열 여기에 의해서만 생성됩니다.
  • 자유 전자의 수는 정공의 수와 같습니다.
  • 전도 능력은 실온에서 작습니다.

진성 반도체의 전도 능력을 높이려면 일부 불순물을 추가하는 것이 좋습니다. 이 불순물을 첨가하는 과정을Doping. 이제이 도핑 된 진성 반도체를 외부 반도체라고합니다.

도핑

반도체 재료에 불순물을 추가하는 과정을 도핑이라고합니다. 첨가 된 불순물은 일반적으로 5가 및 3가 불순물이다.

Pentavalent Impurities

  • 그만큼 pentavalent불순물은 가장 바깥 쪽 궤도에 5 개의 원자가 전자를 가진 것들입니다. 예 : 비스무트, 안티몬, 비소, 인

  • 5가 원자는 donor atom 순수한 반도체 원자의 전도대에 하나의 전자를 제공하기 때문입니다.

Trivalent Impurities

  • 그만큼 trivalent불순물은 가장 바깥 쪽 궤도에 3 개의 원자가 전자를 가진 것들입니다. 예 : 갈륨, 인듐, 알루미늄, 붕소

  • 3가 원자는 acceptor atom 반도체 원자에서 전자 하나를 받아들이 기 때문입니다.

외부 반도체

순수한 반도체를 도핑하여 형성된 불순물 반도체를 extrinsic semiconductor. 첨가되는 불순물의 유형에 따라 두 가지 유형의 외부 반도체가 있습니다. N 형 외인성 반도체와 P 형 외인성 반도체입니다.

N 형 외인성 반도체

순수한 반도체에 소량의 5가 불순물을 첨가하여 N 형 외인성 반도체를 생성합니다. 추가 된 불순물에는 5 개의 원자가 전자가 있습니다.

예를 들어, 비소 원자가 게르마늄 원자에 추가되면 원자가 전자 중 4 개가 Ge 원자와 결합되고 하나의 전자는 자유 전자로 남아 있습니다. 이는 다음 그림과 같습니다.

이 모든 자유 전자는 전자 전류를 구성합니다. 따라서 순수 반도체에 첨가 될 때 불순물은 전도를위한 전자를 제공합니다.

  • N 형 외인성 반도체에서 전도가 전자를 통해 발생하기 때문에 전자는 다수 캐리어이고 홀은 소수 캐리어입니다.

  • 양전하 또는 음전하의 추가가 없기 때문에 전자는 전기적으로 중성입니다.

  • 5가 불순물이 첨가 된 N 형 반도체에 전계를 가하면 자유 전자는 양극쪽으로 이동한다. 이를 네거티브 또는 N 형 전도율이라고합니다.

P 형 외인성 반도체

순수 반도체에 소량의 3가 불순물이 첨가되어 P 형 외인성 반도체가됩니다. 추가 된 불순물에는 3 개의 원자가 전자가 있습니다. 예를 들어 붕소 원자가 게르마늄 원자에 추가되면 3 개의 원자가 전자가 Ge 원자와 결합하여 3 개의 공유 결합을 형성합니다. 그러나 게르마늄에 하나 이상의 전자가 결합을 형성하지 않고 남아 있습니다. 공유 결합을 형성하기 위해 붕소에 전자가 남아 있지 않기 때문에 공간은 구멍으로 처리됩니다. 이는 다음 그림과 같습니다.

붕소 불순물을 소량 첨가하면 전도에 도움이되는 많은 구멍을 제공합니다. 이 모든 구멍은 구멍 전류를 구성합니다.

  • P 형 외인성 반도체에서 전도가 정공을 통해 발생하기 때문에 정공은 다수 캐리어이고 전자는 소수 캐리어입니다.

  • 여기에 추가 된 불순물은 다음과 같은 구멍을 제공합니다. acceptors, 게르마늄 원자로부터 전자를 받아들이 기 때문입니다.

  • 모바일 홀의 수가 억 셉터의 수와 동일하게 유지되므로 P 형 반도체는 전기적으로 중립을 유지합니다.

  • 3가 불순물이 첨가 된 P 형 반도체에 전계를 가하면 정공이 음극쪽으로 이동하지만 전자보다 느린 속도로 이동합니다. 이것을 P 형 전도율이라고합니다.

  • 이 P 형 전도도에서 원자가 전자는 N 형과 달리 하나의 공유 결합에서 다른 공유 결합으로 이동합니다.

반도체에서 실리콘이 선호되는 이유는 무엇입니까?

게르마늄, 실리콘 등 반도체 소재 중 다양한 전자 부품 제조에 널리 사용되는 소재는 Silicon (Si). 실리콘은 다음과 같은 여러 가지 이유로 게르마늄보다 선호됩니다.

  • 에너지 밴드 갭은 0.7ev이고 게르마늄의 경우 0.2ev입니다.

  • 열 쌍 생성이 더 작습니다.

  • SiO2 층의 형성은 실리콘에 대해 용이하며, 통합 기술과 함께 많은 구성 요소의 제조에 도움이됩니다.

  • Si는 Ge보다 자연에서 쉽게 발견됩니다.

  • Ge보다 Si로 구성된 부품에서 소음이 적습니다.

따라서 실리콘은 다양한 목적으로 다른 회로를 만드는 데 사용되는 많은 전자 부품의 제조에 사용됩니다. 이러한 구성 요소에는 개별 속성과 특정 용도가 있습니다.

주요 전자 부품에는 다음이 포함됩니다. 저항기, 가변 저항기, 커패시터, 가변 커패시터, 인덕터, 다이오드, 터널 다이오드, 버 랙터 다이오드, 트랜지스터, BJT, UJT, FET, MOSFET, LDR, LED, 태양 전지, 서미스터, 배리스터, 변압기, 스위치 , 릴레이 등

홀 이펙트는 Edwin Hall, 그 발견 자. 이것은 플레밍의 오른손 법칙과 다소 유사합니다. 전류 운반 도체I 가로 자기장에 위치 B, 전기장 E 둘 다에 수직 인 도체에서 유도됩니다. IB. 이 현상을Hall Effect.

설명

전류 전달 전도체가 가로 자기장에 배치되면이 자기장은 곡선 경로를 따라 이동을 계속하는 전자에 약간의 압력을가합니다. 에너지가 적용된 도체는 다음 그림에 나와 있습니다. 자기장도 표시됩니다.

전자가 자기장 B에있는 도체를 통과 할 때 전자는 자기력을 경험하게됩니다. 이 자기력은 전자가 다른 쪽보다 한쪽으로 가깝게 이동하게합니다. 이것은 다음 그림과 같이 한쪽에는 음전하를, 다른쪽에는 양전하를 생성합니다.

이러한 전하 분리는 다음과 같은 전압 차이를 생성합니다. Hall Voltage or Hall EMF. 전압은 전기장이 자기력과 동일하고 반대 인 전하에 전기력을 생성 할 때까지 축적됩니다. 이 효과는 다음과 같이 알려져 있습니다.Hall Effect.

$$\overrightarrow{F_{magnetic}}\:\:=\:\:\overrightarrow{F_{Electric}}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{E_{H}}$$

V D 는 모든 전자가 경험하는 속도입니다.

$\overrightarrow{E_{H}}\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:$ V = Ed 이후

여기서 q = 충전량

$\overrightarrow{B}$ = 자기장

$\overrightarrow{V_{D}}$ = 드리프트 속도

$\overrightarrow{E_{H}}$ = 홀 전기 효과

d = 도체에서 평면 사이의 거리 (도체 폭)

$$V_{H}\:\:=\:\:\varepsilon_{H}\:\:=\:\:\overrightarrow{E_{H}}\:\:d\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:d$$

$$\varepsilon_{H}\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:d$$

이것은 홀 EMF입니다.

용도

홀 효과는 전자 또는 정공 농도 및 이동도를 측정하기 위해 반도체 유형, 전하 캐리어의 부호에 관한 정보를 얻는 데 사용됩니다. 이를 통해 재료가 도체, 절연체 또는 반도체인지 알 수 있습니다. 또한 전자기파의 자속 밀도 및 전력을 측정하는 데 사용됩니다.

해류의 유형

반도체의 전류 유형에 대해 논의 할 두 가지 용어가 있습니다. 그들은Diffusion CurrentDrift Current.

확산 전류

도핑이 완료되면 전자와 정공의 농도에 차이가 발생합니다. 이러한 전자와 정공은 더 높은 전하 밀도에서 더 낮은 농도 수준으로 확산되는 경향이 있습니다. 이들은 전하 캐리어이기 때문에 호출 된 전류를 구성합니다.diffusion current.

이에 대해 자세히 알기 위해 N 형 소재와 P 형 소재를 살펴 보겠습니다.

  • N 형 물질은 전자를 다수 운반체로, 소수 운반체로 정공이 거의 없습니다.

  • P 형 재료는 다수 캐리어로 정공이 있고 소수 캐리어로 전자가 거의 없습니다.

이 두 물질이 서로 너무 가까워져 결합하면 N 형 물질의 원자가 대에서 전자가 거의없고 P 형 물질로 이동하는 경향이 있고 P 형 물질의 원자가 대에서 약간의 정공이 이동하는 경향이 있습니다. N 형 소재. 이 두 물질 사이의 확산이 일어나는 영역을 다음과 같이 부릅니다.Depletion region.

따라서 어떤 종류의 외부 에너지를 적용하지 않고 이러한 전자와 정공의 확산으로 인해 형성된 전류는 다음과 같이 불릴 수 있습니다. Diffusion Current.

드리프트 전류

인가 된 전기장으로 인해 하전 된 입자 (전자 또는 정공)의 드리프트 (움직임)로 인해 형성된 전류를 다음과 같이 부릅니다. Drift Current. 다음 그림은 적용된 전기장이 어떻게 차이를 만드는지에 관계없이 드리프트 전류를 설명합니다.

전류 흐름의 양은 적용된 전하에 따라 다릅니다. 공핍 영역의 폭도이 드리프트 전류의 영향을받습니다. 능동 회로에서 구성 요소가 작동하도록하려면이 드리프트 전류가 중요한 역할을합니다.

Resist는“반대하다”를 의미하는 단어입니다. Resistance도체 또는 반도체에서 전자의 흐름을 반대하는 특성입니다. 저항기는 저항 특성을 가진 전자 부품입니다.

기호 및 단위

저항기의 기호는 다음과 같습니다.

저항의 단위는 Ohms, Ω (오메가)로 표시됩니다.

저항의 공식은

R = V/I

어디 V 전압이고 I현재입니다. 각각의 모든 값으로 저항을 제조하는 것은 정말 어려울 것입니다. 따라서 값이 거의 선택되지 않으며 이러한 값의 저항 만 제조됩니다. 이를 "Preferred Values”. 실제로 필요한 응용 분야에 맞게 값에 가까운 저항을 선택합니다. 이것이 실용적인 저항의 모습입니다.

색상 코딩

라는 프로세스 color coding위의 그림과 같이 저항의 저항 값을 결정하는 데 사용됩니다. 저항은 각 색상이 특정 값을 결정하는 4 개의 색상 밴드로 코팅됩니다. 아래 표는 각 색상이 나타내는 값 목록을 보여줍니다.

색깔 숫자 승수 공차
검정 0 10 0 = 1
갈색 1 10 1 = 10 1
빨간 2 10 2 = 100 2
주황색 10 3 = 1000
노랑 4 10 4 = 10000
초록 5 10 5 = 100000 0.5
푸른 6 10 6 = 1000000 0.25
제비꽃 7 10 7 = 10000000 0.1
회색 8 10 8 = 100000000
하얀 9 10 9 = 1000000000
(10) -1 = 0.1 5
10 -2 = 0.01 10
(없음) 20

처음 두 개의 색상 밴드는 값의 첫 번째 및 두 번째 숫자를 나타내고 세 번째 색상 밴드는 승수 (추가 된 0의 수)를 나타냅니다. 네 번째 색상 밴드는 공차 값을 나타냅니다.

Tolerance저항이 파괴되지 않고 견딜 수있는 값의 범위입니다. 이것은 중요한 요소입니다. 다음 그림은 저항 값이 색상 코드에 의해 결정되는 방식을 보여줍니다.

5 가지 컬러 밴드 저항기는 2 % 및 1 %의 허용 오차와 기타 고정밀 저항기로 제조됩니다. 이 5 개 대역 저항기에서 처음 3 개 대역은 숫자를 나타내고, 네 번째 대역은 승수를, 다섯 번째 대역은 허용 오차를 나타냅니다.

색상 코딩 프로세스를 이해하기위한 예를 살펴 보겠습니다.

Example 1 − 노란색, 파란색, 주황색 및 은색 코드로 저항기 값을 결정합니다.

Solution− 노란색의 값은 4, 파란색은 6, 주황색은 승수를 나타내는 3입니다. 은은 허용 오차 값인 ± 10입니다.

따라서 저항의 값은 46 × 10 3 = 46kΩ입니다.

이 저항의 최대 저항 값은 다음과 같습니다.

46kΩ 또는 46000Ω + 10 % = 46000 + 4600 = 50600Ω = 50.6kΩ

이 저항의 최소 저항 값은 다음과 같습니다.

46kΩ 또는 46000Ω-10 % = 46000-4600 = 41400Ω = 41.4kΩ

저항에 관한 다른 세부 사항을 살펴본 후 배울 용어가 있습니다. 또한 몇 가지 유형의 연결에 대해 저항의 다른 동작을 처리해야합니다.

중요한 용어

우리가 가지고있는 저항의 유형에 들어가기 전에 논의해야 할 몇 가지 용어가 있습니다. 이 단계에서 이러한 용어를 소개 받아야하며 더 발전함에 따라 이해할 수 있어야합니다.

저항

저항은 전류의 흐름에 반대하는 저항의 속성입니다. 교류가 저항을 통과하면 전류와 동 위상 인 전압 강하가 생성됩니다.

  • 표시- R

  • 단위- Ohms

  • 기호 − Ω

저항과 함께 리액턴스 및 임피던스라고하는 다른 중요한 용어가 있습니다.

유도 저항

회로에 존재하는 커패시턴스와 인덕턴스로 인해 교류에 제공되는 저항은 리액턴스로 이해할 수 있습니다. 교류가 순수한 리액턴스를 통과 할 때 전류와 90 ° 위상이 다른 전압 강하가 생성됩니다.

위상, 즉 + 90 ° 또는 -90 °에 따라 리액턴스는 유도 성 리액턴스 또는 용량 성 리액턴스라고 할 수 있습니다.

  • 표시- X

  • 단위- Ohms

  • 기호 − Ω

임피던스

임피던스는 옴 저항과 리액턴스의 결합 된 효과로 인해 발생하는 교류에 대한 효과적인 저항입니다. 교류가 임피던스를 통과 할 때 전류와 위상이 0 °에서 90 ° 사이 인 전압 강하가 발생합니다.

  • 표시- I

  • 단위- Ohms

  • 기호 − Ω

컨덕턴스

이것은 전기를 전도하는 물질의 능력입니다. 저항의 역수입니다.

  • 표시- G

  • 단위- Mhos

  • 기호 −

회로에 연결된 경우 저항기는 직렬 또는 병렬이 될 수 있습니다. 이제 병렬로 연결될 때 직렬로 연결된 경우 총 전류, 전압 및 저항 값에 어떤 일이 발생하는지 알려주십시오.

직렬 저항기

직렬로 연결된 저항이 거의 없을 때 어떤 일이 발생하는지 살펴 보겠습니다. 아래 그림과 같이 값이 다른 세 개의 저항을 고려해 보겠습니다.

저항

직렬 저항이있는 회로의 총 저항은 개별 저항의 합과 같습니다. 즉, 위의 그림에는 각각 1KΩ, 5KΩ 및 9KΩ 값을 갖는 세 개의 저항이 있습니다.

저항 네트워크의 총 저항 값은-

$$R\:\:=\:\:R_{1}\:+\:R_{2}\:+\:R_{3}$$

즉, 1 + 5 + 9 = 15KΩ이 총 저항입니다.

여기서 R 1첫 번째 저항의 저항이고 R 2 는 두 번째 저항의 저항이고 R 3 은 위의 저항 네트워크에서 세 번째 저항의 저항입니다.

전압

직렬 저항 네트워크에 나타나는 총 전압은 각 개별 저항에서 전압 강하를 추가 한 것입니다. 위의 그림에서 우리는 각 단계에서 세 가지 다른 전압 강하 값을 갖는 세 가지 다른 저항을 가지고 있습니다.

회로에 나타나는 총 전압-

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:+\:V_{2}\:+\:V_{3}$$

즉, 1v + 5v + 9v = 15v가 총 전압입니다.

여기서 V 1첫 번째 저항 의 전압 강하 이고 V 2 는 두 번째 저항 의 전압 강하 이고 V 3 은 위의 저항 네트워크에서 세 번째 저항 의 전압 강하입니다 .

흐름

직렬로 연결된 일련의 저항을 통해 흐르는 전류의 총량은 저항 네트워크의 모든 지점에서 동일합니다. 따라서 전류는 입력에서 측정하거나 저항기 사이 또는 출력에서 ​​측정 할 때 동일한 5A입니다.

네트워크를 통한 전류-

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:=\:I_{2}\:=\:I_{3}$$

이는 모든 지점의 전류가 5A임을 의미합니다.

I 1첫 번째 저항을 통과하는 전류 이고, I 2 는 두 번째 저항을 통과하는 전류 이고, I 3 은 위의 저항 네트워크에서 세 번째 저항을 통과하는 전류 입니다.

병렬 저항

병렬로 연결된 저항이 거의 없을 때 어떤 일이 발생하는지 살펴 보겠습니다. 아래 그림과 같이 값이 다른 세 개의 저항을 고려해 보겠습니다.

저항

병렬 저항이있는 회로의 총 저항은 직렬 저항 네트워크 방법과 다르게 계산됩니다. 여기에서 개별 저항의 역수 (1 / R) 값에 대수 합계의 역을 더하여 총 저항 값을 얻습니다.

저항 네트워크의 총 저항 값은-

$$\frac{1}{R}\:\:=\:\:\frac{1}{R_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{R_{2}}\:\:+\frac{1}{R_{3}}$$

여기서 R 1첫 번째 저항의 저항이고 R 2 는 두 번째 저항의 저항이고 R 3 은 위의 저항 네트워크에서 세 번째 저항의 저항입니다.

예를 들어, 이전 예의 저항 값을 고려하면 R 1 = 1KΩ, R 2 = 5KΩ 및 R 3 = 9KΩ을 의미합니다. 병렬 저항 네트워크의 총 저항은 다음과 같습니다.

$$\frac{1}{R}\:\:=\:\:\frac{1}{1}\:\:+\:\:\frac{1}{5}\:\:+\frac{1}{9}$$

$$=\:\:\frac{45\:\:+\:\:9\:\:+\:\:5}{45}\:\:=\:\:\frac{59}{45}$$

$$R\:\:=\:\:\frac{45}{59}\:\:=\:\:0.762K\Omega\:\:=\:\:76.2\Omega$$

병렬 저항을 계산하는 방법에서 2 저항 병렬 네트워크에 대한 간단한 방정식을 유도 할 수 있습니다. 그것은-

$$R\:\:=\:\:\frac{R_{1}\:\:\times\:\:R_{2}}{R_{1}\:\:+\:\:R_{2}}\:$$

전압

병렬 저항 네트워크에 나타나는 총 전압은 각 개별 저항에서 전압 강하와 동일합니다.

회로에 나타나는 전압-

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:=\:V_{2}\:=\:V_{3}$$

여기서 V 1첫 번째 저항 의 전압 강하 이고 V 2 는 두 번째 저항 의 전압 강하 이고 V 3 은 위의 저항 네트워크에서 세 번째 저항 의 전압 강하입니다 . 따라서 전압은 병렬 저항 네트워크의 모든 지점에서 동일합니다.

흐름

병렬 저항 네트워크로 들어가는 전류의 총량은 모든 병렬 분기에 흐르는 모든 개별 전류의 합입니다. 각 분기의 저항 값은 분기를 통해 흐르는 전류의 값을 결정합니다. 네트워크를 통한 총 전류는

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:+\:I_{2}\:+\:I_{3}$$

I 1첫 번째 저항을 통과하는 전류 이고, I 2 는 두 번째 저항을 통과하는 전류 이고, I 3 은 위의 저항 네트워크에서 세 번째 저항을 통과하는 전류 입니다. 따라서 서로 다른 분기의 개별 전류 합계는 병렬 저항 네트워크에서 총 전류를 얻습니다.

저항기는 특히 많은 회로의 출력에서 ​​부하로 사용됩니다. 저항 부하가 전혀 사용되지 않으면 저항이 부하 앞에 배치됩니다. 저항은 일반적으로 모든 회로의 기본 구성 요소입니다.

사용되는 재료의 유형, 제조 절차 및 용도에 따라 많은 유형의 저항기가 있습니다. 분류는 아래와 같습니다.

선형 저항에는 선형 VI 특성이 있고 비선형 저항에는 비선형 VI 특성이 있습니다. 비선형 저항은 전압 및 전류 특성이 비선형 적으로 변하는 저항입니다. 전압 및 전류 값은 온도 및 빛과 같은 다른 요인에 따라 다르지만 선형이 아닐 수 있습니다.

서미스터

열은 온도를 의미합니다. 이 저항에서 저항은 온도에 따라 달라집니다. 열이 증가하면 저항이 감소하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이것은 측정 및 제어 목적으로 사용됩니다.

서미스터의 주요 유형은 다음과 같습니다. NTCPTC.

  • NTC는 Negative Temperature Coefficient이러한 장치에서는 온도가 증가함에 따라 저항이 감소합니다. 이들은 과전압 상태로부터 장치를 보호하는 데 사용됩니다.

  • PTC는 Positive Temperature Coefficient이러한 장치에서는 온도가 증가함에 따라 저항이 증가합니다. 이들은 과전류 조건으로부터 장치를 보호하는 데 사용됩니다.

다음 그림은 기호와 함께 NTC 서미스터를 보여줍니다.

포토 저항기

사진은 빛을 의미합니다. 이 저항에서 저항은 빛에 따라 달라집니다. 빛이 증가하면 저항이 감소하고 그 반대도 마찬가지입니다. 이것은 또한 측정 및 제어 목적으로 사용됩니다. 그것은 또한LDR (광 의존 저항기)

배리스터

배리스터의 저항은 적용된 전압에 따라 다릅니다. 전압이 증가하면 저항이 감소하고 전압이 감소하면 저항이 증가합니다. 그것은 또한VDR (전압 의존 저항기).

표면 실장

표면 실장 기술이 도입 된 이래 많이 사용되고 있습니다. 이것들은 다음과 같이 불릴 수 있습니다.chip resistors, 이는 세라믹 칩에 통합 된 저항 층을 의미합니다.

이러한 표면 실장 저항은 일반 저항에 비해 매우 작기 때문에 공간을 덜 차지합니다. 그들은 효과적이며 열을 덜 발산합니다. 이 저항의 발명은 PCB (인쇄 회로 기판)의 모양을 바꾸고 크기를 크게 줄였습니다.

표면 실장 저항기의 장점은 다음과 같습니다.

  • 이것들은 크기가 작습니다.
  • 이들은 매우 안정적입니다.
  • 그들은 좋은 관용을 가지고 있습니다.
  • 열 방출을 줄이는 데 효과적입니다.

다음 그림은 표면 실장 저항기의 이미지를 보여줍니다.

선형 저항은 저항이 전류 흐름에 따라 변하지 않는 저항입니다. 그것을 통과하는 전류는 항상 그것을 가로 지르는 전압에 비례합니다. 선형 저항은 다음과 같이 더 분류됩니다.Fixed and Variable resistors.

가변 저항기

가변 저항은 요구 사항에 따라 값을 수동으로 변경할 수있는 저항입니다. 특정 저항 값은 연결된 샤프트의 도움으로 저항 값 범위에서 선택됩니다. 가변 저항기의 기호는 다음과 같습니다.

이 저항은 우리가 가진 분류의 도움으로 더 잘 이해됩니다. 가변 저항기는 전위차계, 가변 저항기 및 트리머로 더 나뉩니다.

전위차계

전위차계는 간단히 Pot. 축이 미끄러지거나 회전하는 3 단자 저항기입니다. 이 샤프트는 작동시 조정 가능한 전압 분배기를 형성합니다. 다음 그림은 전위차계의 이미지를 보여줍니다.

전위차계는 또한 potential difference(전압) 회로. 낮은 값에서 높은 값까지의 저항을 가진 저항성 재료의 경로가 내부에 놓여지고 와이퍼가 배치되어 저항성 재료를 회로에 연결합니다. 이것은 주로 TV 세트 및 음악 시스템의 볼륨 컨트롤러로 사용됩니다.

가감 저항기

Rheostat는 간단히 와이어 권선 저항이라고 할 수 있습니다. ㅏResistive wire절연 세라믹 코어에 단단히 감겨 있습니다. ㅏWiper이 권선 위로 미끄러집니다. 하나의 연결은 저항성 와이어의 한쪽 끝에 이루어지고 두 번째 연결은 원하는 저항을 얻기 위해 와이퍼 또는 슬라이딩 접점에 이루어집니다.

Rheostat는 control current. 이들은 주로 무거운 모터의 속도 제어에 사용됩니다. 이것에 의해 얻은 저항은 다음과 같습니다.kilo ohms. 가변 저항기는 다음 그림과 같이 대부분 단일 튜브 및 이중 튜브 가변 저항으로 제공됩니다.

가변 저항으로 회로의 튜닝 및 교정에 자주 사용됩니다. 요즘에는 가변 저항이 효율이 낮기 때문에 가변 저항의 사용이 전자 장치를 전환하는 것으로 대체되었습니다.

낚시찌

트리머는 가변 저항기이자 전위차계입니다 (전위차 측정). 이 트리머 전위차계는 간단히 말해서Trim Pot. 가변 저항으로 사용되는 경우 프리셋 저항이라고합니다.

이 트림 포트는 단일 회전 또는 다중 회전과 같은 다른 유형입니다. 이들은 튜닝 및 교정에 사용되는 소형 가변 저항기입니다. 그들의 수명은 다른 가변 저항기보다 짧습니다.

고정 저항은 선형 저항의 한 유형입니다. 저항은 값이 고정 된 경우 고정 저항이라고합니다. 고정 저항기의 값은 자체 제조시 결정되므로 가변 저항기처럼 변할 수 없습니다. 다음 그림은 고정 저항기의 기호를 나타냅니다.

고정 저항기는 제조 공정과 제조에 사용되는 재료에 따라 다른 유형으로 분류됩니다. 분류는 다음과 같습니다.

탄소 조성

탄소 성분 저항기는 점토와 같은 바인더 물질과 혼합 된 탄소 입자, 흑연 및 세라믹 더스트의 혼합물입니다. 이 혼합물은 고압 및 온도로 처리됩니다. 모든 것이 케이스에 성형 된 후 리드가 고정됩니다.

  • 탄소 합성 저항기의 열 질량은 높은 에너지 펄스를 견딜 수 있도록 더 높습니다.

  • 이러한 저항은 안정성이 낮고 노이즈가 큰 단점이 있습니다.

다음 그림은 탄소 합성 저항기의 이미지를 보여줍니다.

탄소 합성 저항기는 서지 보호, 전류 제한 및 고전압 전원 공급 장치에 사용됩니다.

와이어 권선

와이어 권선 저항은 저항성 재료로 구성된 와이어를 코어 주위에 감아 서 형성됩니다. 금속 코어는 비전 도성 재료로 작동하는 반면 저항성 와이어는 전도되지만 약간의 저항이 있습니다. 권선 저항기의 이미지는 다음과 같습니다.

일반적으로 니크롬 와이어 또는 망가닌 와이어는 높은 저항을 제공하기 때문에 코어를 감는 데 사용됩니다. 플라스틱, 세라믹 또는 유리가 코어로 사용되는 반면.

  • 권선 저항기는 매우 정확합니다.
  • 낮은 저항 값과 높은 전력 등급에 탁월하게 작동합니다.

이들은 가장 오래된 유형의 고정 저항기이지만 지금도 사용되고 있습니다.

두꺼운 필름

필름 저항기에는 세라믹베이스에 저항 층이 있으며, 두께가 해당 유형을 정의합니다. 후막 저항기의 저항 층 두께는 박막 저항기보다 훨씬 높습니다. 후막 저항기는 유리와 금속 산화물의 혼합물 인 특수 페이스트를 기판 위에 소성하여 생산됩니다.

퓨저 블 저항, 서멧 필름 저항 및 금속 산화막 저항과 같은 후막 저항에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.

가용 저항기

가용 저항은 권선 저항과 유사합니다. 그러나 이러한 저항은 저항 제공과 함께 퓨즈 역할을합니다. 퓨저 블 저항의 이미지는 다음과 같습니다.

이 저항기에서 전류는 저항기 본체에 가깝게 배치 된 스프링로드 연결을 통해 흐릅니다. 저항기의 스프링 와이어에 부착 된 얼룩은 전류 흐름으로 인해 저항기에서 발생하는 열을받습니다. 이 열이 증가하면 얼룩에 대한 부착물이 녹아 연결이 열립니다.

따라서 이러한 저항은 전류를 제한하지만 회로 전력 등급이 지정된 값을 초과하면 이러한 저항이 회로를 열거 나 차단하는 퓨즈 역할을한다고 말할 수 있습니다. 이 저항의 값은 일반적으로 10 Ohms 미만입니다. 이 저항은 일반적으로 TV 세트, 증폭기 및 기타 고가의 전자 회로에 사용됩니다.

서멧 필름 저항기

서멧 필름 저항기는 특수 재료로 구성된 필름 저항기입니다. Cermet. 서멧은Ceramic 및 Metal. 이 조합은 금속의 유연성 및 전기 전도성과 함께 세라믹의 고온 저항 및 내마모성과 같은 두 재료 모두에서 장점을 제공합니다.

금속 필름 층은 저항성 재료를 감싸고 세라믹 금속 또는 서멧 기판에 고정됩니다. 리드는 PCB에 고정하는 동안 쉽게 연결할 수 있도록합니다. 온도가 성능에 영향을 미치지 않으므로 높은 안정성을 제공합니다.

금속 산화물 필름 저항기

금속 산화막 저항기는 기판 인 가열 된 유리 막대에 염화 주석의 두꺼운 막을 산화시켜 형성됩니다. 온도 안정성이 높으며 고전압에서 사용할 수 있습니다. 이 저항은 작동 소음이 낮습니다.

금속 산화물 피막 저항기는 코팅 된 피막의 종류 만 금속 피막 저항기와 다릅니다. Metal oxide산화 주석을 형성하기 위해 산소와 함께 주석과 같은 금속 화합물로 저항기에 피막으로 코팅됩니다. 이 저항기의 저항은 제품에 추가 된 산화 안티몬의 양에 따라 달라집니다.tin oxide.

얇은 필름

박막 저항기는 세라믹베이스에 0.1 마이크로 미터 이하의 저항 층을 가지고 있습니다. 박막 저항기에는 절연 기판에 진공 증착 된 금속 막이 있습니다.

박막 저항기는 더 정확하고 더 나은 온도 계수를 가지며 더 안정적입니다. 박막 저항기는 다음과 같은 두 가지 유형으로 더 나뉩니다.

  • 탄소막 저항기
  • 금속 막 저항기

탄소막 저항기

탄소막 저항기는 세라믹 기판에 탄소막 층을 증착하여 만들어집니다. 탄소막은 전류에 대한 저항 물질로 작용하고 세라믹 물질은 절연 물질로 작용합니다. 금속 캡이 양쪽 끝에 고정되고 구리 리드가 뽑 힙니다.

다음 그림은 탄소막 저항기의 구성을 보여줍니다.

이 저항기의 주요 장점은 높은 안정성, 넓은 작동 범위, 저잡음 및 저렴한 비용입니다. 탄소막 저항기는 저잡음으로 인해 탄소 합성 저항기보다 가장 선호되는 저항기입니다.

금속 필름 저항기

필름 코팅은 금속 산화막 저항기와 금속 막 저항기의 차이를 만듭니다. 니켈 크롬과 같은 금속 물질의 박막은 금속 필름 저항기의 저항을 코팅하는 데 사용되는 반면 주석 산화물과 같은 금속 산화물의 필름은 금속 산화물 저항기의 저항기를 코팅하는 데 사용됩니다.

금속 막 저항기는 저항의 온도 계수가 낮기 때문에 저항이 온도의 영향을 덜받습니다.

와트 수

저항기를 사용하는 동안 전류의 흐름이 증가하면 저항이 열을 일부 발산합니다. 이 값이 특정 임계 값을 초과하면 저항이 손상 될 수 있습니다. 저항의 와트 정격은 이러한 상황을 피하기 위해 일부 더 높은 값의 저항에 인쇄됩니다.

와트는 와트로 표시되는 전력량입니다. 전력은 전기 에너지의 전달 속도입니다.

P = VI = I2R

커패시터는 판 사이의 전위차 형태로 에너지를 저장할 수있는 수동 부품입니다. 급격한 전압 변화에 저항합니다. 전하는 두 플레이트 사이의 전위차의 형태로 저장되며, 전하 저장 방향에 따라 양과 음이됩니다.

비전 도성 영역은이 두 판 사이에 존재합니다. dielectric. 이 유전체는 진공, 공기, 운모, 종이, 세라믹, 알루미늄 등이 될 수 있습니다. 커패시터의 이름은 사용 된 유전체에 의해 주어집니다.

기호 및 단위

커패시턴스의 표준 단위는 패럿입니다. 일반적으로 사용 가능한 커패시터의 값은 마이크로 패럿, 피코 패럿 및 나노 패럿 순입니다. 커패시터의 기호는 다음과 같습니다.

커패시터의 커패시턴스는 플레이트 사이의 거리에 비례하고 플레이트의 면적에 반비례합니다. 또한 재료의 유전율이 높을수록 커패시턴스가 높아집니다. 그만큼permittivityof a medium은 해당 매체에서 단위 전 하당 생성되는 전기 플럭스의 양을 나타냅니다. 다음 이미지는 몇 가지 실용적인 커패시터를 보여줍니다.

면적 A가 같고 너비가 같은 두 개의 플레이트가 거리 d를 분리하여 서로 평행하게 배치되고 플레이트에 에너지가 가해지면 해당 병렬 플레이트 커패시터의 커패시턴스는 다음과 같이 불릴 수 있습니다.

$$C\:\:=\:\:\frac{\varepsilon_{0}\:\:\varepsilon_{r}\:\:d}{A}$$

어디

C = 커패시터의 커패시턴스

$\varepsilon_{0}$ = 자유 공간의 유전율

$\varepsilon_{r}$ = 유전체 매체의 유전율

d = 플레이트 사이의 거리

A = 두 전도 판의 면적

약간의 전압이 가해지면 전하가 커패시터의 두 개의 평행 판에 축적됩니다. 이 전하 증착은 느리게 발생하며 커패시터 양단의 전압이 적용된 전압과 같을 때 입력되는 전압이 떠나는 전압과 같기 때문에 충전이 중지됩니다.

충전 속도는 커패시턴스 값에 따라 다릅니다. 커패시턴스 값이 클수록 플레이트의 전압 변화 속도가 느려집니다.

커패시터의 작동

커패시터는 전기 에너지를 저장하는 2 단자 수동 부품으로 이해 될 수 있습니다. 이 전기 에너지는 정전기 장에 저장됩니다.

처음에는 커패시터의 두 플레이트에있는 음전하와 양전하가 평형을 이룹니다. 커패시터가 충전 또는 방전되는 경향이 없습니다. 음전하는 전자의 축적에 의해 형성되는 반면 양전하는 전자의 고갈에 의해 형성됩니다. 이것은 외부 요금이 주어지지 않고 발생하므로이 상태는electrostatic질환. 아래 그림은 정전기가있는 커패시터를 보여줍니다.

AC 전원의 다양한 양 및 음주기에 따른 전자의 축적과 고갈은 "전류 흐름"으로 이해 될 수 있습니다. 이것은Displacement Current. 이 전류 흐름의 방향은 AC이므로 계속 변경됩니다.

커패시터 충전

외부 전압이 주어지면 전하는 정전기로 변환됩니다. 이것은 커패시터가 충전되는 동안 발생합니다. 공급의 포지티브 전위는 커패시터의 포지티브 플레이트에서 전자를 끌어 당겨 더 포지티브하게 만듭니다. 공급의 음의 전위가 전자를 커패시터의 음의 판에 강제로 밀어 넣어 더 음으로 만듭니다. 아래 그림에서 이에 대해 설명합니다.

이 충전 과정에서 전자는 DC 공급 장치를 통해 이동하지만 dielectric 그것은 insulator. 이 변위는 커패시터가 충전되기 시작할 때 크지 만 충전되면서 감소합니다. 커패시터 양단의 전압이 공급 전압과 같을 때 커패시터는 충전을 중지합니다.

커패시터가 충전되기 시작할 때 유전체에 어떤 일이 발생하는지 살펴 보겠습니다.

유전체 행동

전하가 커패시터의 판에 축적됨에 따라 정전기 장이 형성됩니다. 이 정전기 장의 강도는 플레이트의 전하 크기와 유전체 재료의 유전율에 따라 달라집니다.Permittivity 정전기 라인이 얼마나 멀리 통과 할 수 있는지 여부를 나타내는 유전체의 측정 값입니다.

유전체는 실제로 절연체입니다. 그것은 원자의 가장 바깥 쪽 궤도에 전자를 가지고 있습니다. 그들이 어떻게 영향을 받는지 관찰합시다. 판에 전하가 없으면 유전체의 전자가 원형 궤도로 이동합니다. 이것은 아래 그림과 같습니다.

전하 증착이 발생하면 전자는 양전하 판을 향해 이동하는 경향이 있지만 그림과 같이 계속 회전합니다.

전하가 더 증가하면 궤도가 더 확장됩니다. 하지만 여전히 증가하면 유전체breaks down커패시터를 단락시킵니다. 이제 커패시터가 완전히 충전되고 방전 될 준비가되었습니다. 그들이 네거티브에서 포지티브 플레이트로 이동할 수있는 경로를 제공하면 충분합니다. 한쪽에는 전자가 너무 많고 다른쪽에는 전자가 거의 없기 때문에 전자는 외부 공급없이 흐릅니다. 이 불균형은discharge 커패시터의.

또한 방전 경로가 발견되면 유전체 물질의 원자가 정상에 도달하는 경향이 있습니다. circular orbit따라서 전자를 강제로 방전시킵니다. 이러한 종류의 방전을 통해 커패시터는 카메라 플래시 에서처럼 단시간에 고전류를 전달할 수 있습니다.

색상 코딩

커패시터의 값을 알기 위해 일반적으로 다음과 같이 표시됩니다.

n35 = 0.35nF 또는 3n5 = 3.5nF 또는 35n = 35nF 등입니다.

때로는 표시가 100K와 비슷합니다. 즉, k = 1000pF입니다. 그러면 값은 100 × 1000pF = 100nF가됩니다.

이러한 숫자 표시가 오늘날 사용되고 있지만, 커패시터의 값을 이해하기 위해 오래 전에 국제 색상 코딩 체계가 개발되었습니다. 색상 코딩 표시는 아래와 같습니다.

밴드 색상 숫자 A와 B 승수 공차 (t)> 10pf 공차 (t) <10pf 온도 계수
검정 0 × 1 ± 20 % ± 2.0pF
갈색 1 × 10 ± 1 % ± 0.1pF -33 × 10 -6
빨간 2 × 100 ± 2 % ± 0.25pF -75 × 10 -6
주황색 × 1,000 ± 3 % -150 × 10 -6
노랑 4 × 10,000 ± 4 % -220 × 10 -6
초록 5 × 100,000 ± 5 % ± 0.5pF -330 × 10 -6
푸른 6 × 1,000000 -470 × 10 -6
제비꽃 7 -750 × 10 -6
회색 8 × 0.01 + 80 %, -20 %
하얀 9 × 0.1 ± 10 % ± 1.0pF
× 0.1 ± 5 %
× 0.01 ± 10 %

이러한 표시는 커패시터의 값을 식별하는 데 사용되었습니다.

이 5 개 대역 커패시터에서 처음 두 대역은 숫자를 나타내고 세 번째 대역은 승수를, 네 번째 대역은 허용 오차를, 다섯 번째 대역은 전압을 나타냅니다. 색상 코딩 프로세스를 이해하기위한 예를 살펴 보겠습니다.

Example 1 − 노란색, 보라색, 주황색, 흰색 및 빨간색 색상 코드를 사용하여 커패시터 값을 결정합니다.

Solution− 노란색은 4, 보라색은 7, 주황색은 3으로 승수를 나타냅니다. 흰색은 허용 오차 값인 ± 10입니다. 빨간색은 전압을 나타냅니다. 그러나 정격 전압을 알기 위해이 커패시터가 속한 특정 대역을 알아야하는 또 다른 표가 있습니다.

따라서 커패시터의 값은 47nF, 10 % 250v (V 대역의 전압)입니다.

다음 표는 커패시터가 속한 대역에 따라 전압이 결정되는 방식을 보여줍니다.

밴드 색상 정격 전압 (V)
TYPE J TYPE K TYPE L TYPE M TYPE N
검정 4 100 10 10
갈색 6 200 100 1.6
빨간 10 300 250 4 35
주황색 15 400 40
노랑 20 500 400 6.3 6
초록 25 600 16 15
푸른 35 700 630 20
제비꽃 50 800
회색 900 25 25
하얀 1000 2.5
2000 년

이 표의 도움으로 커패시터의 각 밴드에 대한 전압 정격은 주어진 색상에 따라 알려져 있습니다. 정격 전압 유형은 커패시터 유형도 나타냅니다. 예를 들어, TYPE J는 담금 탄탈륨 커패시터, TYPE K는 운모 커패시터, TYPE L은 폴리스티렌 커패시터, TYPE M은 전해 밴드 4 커패시터, TYPE N은 전해 밴드 3 커패시터입니다. 요즘에는 컬러 코딩이 앞서 언급했듯이 커패시터 값의 간단한 인쇄로 대체되었습니다.

용량 성 리액턴스

이것은 중요한 용어입니다. 용량 성 리액턴스는 커패시터가 교류 흐름 또는 단순히 AC 전류에 대해 제공하는 반대입니다. 커패시터는 전류 흐름의 변화에 ​​저항하므로 다음과 같이 불릴 수있는 약간의 반대를 나타냅니다.reactance, 입력 전류의 주파수도 제공하는 저항과 함께 고려되어야합니다.

Symbol: XC

순전히 용량 성 회로에서 전류 IC leads 인가 전압 90 °

커패시터의 온도 계수

최대 변화 Capacitance지정된 온도 범위에서 커패시터의 온도 계수는 커패시터의 온도 계수로 알 수 있습니다. 온도가 특정 지점을 초과하면 발생할 수있는 커패시터의 커패시턴스 변화를 다음과 같이 이해합니다.temperature coefficient of capacitors.

모든 커패시터는 일반적으로 25 ° C의 기준 온도를 고려하여 제조됩니다. 따라서 커패시터의 온도 계수는이 값보다 높거나 낮은 온도 값에 대해 고려됩니다.

회로에서 커패시터는 직렬 또는 병렬 방식으로 연결될 수 있습니다. 커패시터 세트가 회로에 연결된 경우 커패시터 연결 유형은 해당 네트워크의 전압 및 전류 값을 처리합니다.

직렬 커패시터

직렬로 연결된 커패시터가 거의 없을 때 어떤 일이 발생하는지 살펴 보겠습니다. 아래 그림과 같이 값이 다른 세 개의 커패시터를 고려해 보겠습니다.

정전 용량

커패시터가 직렬로 연결된 네트워크의 커패시턴스를 고려할 때 전체 커패시턴스의 역수를 얻기 위해 모든 커패시터의 커패시턴스의 역수가 추가됩니다. 더 명확하게 이해하려면

$$\frac{1}{C_{T}}\:\:=\:\:\frac{1}{C_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{C_{2}}\:\:+\:\:\frac{1}{C_{3}}$$

동일한 공식에 따라 단순히 두 개의 커패시터가 직렬로 연결되면

$$C_{T}\:\:=\:\:\frac{C_{1}\:\:\times\:\:C_{2}}{C_{1}\:\:+\:\:C_{2}}$$

여기서 C 1첫 번째 커패시터 의 커패시턴스 이고 C 2 는 두 번째 커패시터 의 커패시턴스 이고 C 3 은 위의 네트워크에서 세 번째 커패시터 의 커패시턴스 입니다.

전압

각 커패시터의 전압은 개별 커패시턴스의 값에 따라 다릅니다. 의미

$$V_{C1}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{1}}\:\:V_{C2}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{2}}\:\:V_{C3}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{3}}$$

직렬 커패시터 회로의 총 전압,

$$V_{T}\:\:=\:\:V_{C1}\:\:+\:\:V_{C2}\:\:+\:\:V_{C3}$$

여기서 V c1첫 번째 커패시터 의 전압 이고 V c2 는 두 번째 커패시터 의 전압 이고 V c3 은 위의 네트워크에서 세 번째 커패시터 의 전압 입니다.

흐름

직렬로 연결된 커패시터 세트를 통해 흐르는 전류의 총량은 모든 지점에서 동일합니다. 따라서 커패시터는 커패시턴스 값에 관계없이 동일한 양의 전하를 저장합니다.

네트워크를 통한 전류,

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:=\:\:I_{2}\:\:=\:\:I_{3}$$

I 1첫 번째 커패시터를 통과하는 전류 이고, I 2 는 두 번째 커패시터를 통과하는 전류 이고, I 3 은 위의 네트워크에서 세 번째 커패시터를 통과하는 전류 입니다.

전류가 같기 때문에 커패시터의 모든 플레이트가 인접한 커패시터에서 전하를 얻으므로 직렬로 연결된 커패시터가 동일한 전하를 갖기 때문에 전하 저장이 동일합니다.

$$Q_{T}\:\:=\:\:Q_{1}\:\:=\:\:Q_{2}\:\:=\:\:Q_{3}$$

병렬 커패시터

병렬로 연결된 커패시터가 거의 없을 때 어떤 일이 발생하는지 살펴 보겠습니다. 아래 그림과 같이 값이 다른 세 개의 커패시터를 고려해 보겠습니다.

정전 용량

회로의 전체 커패시턴스는 네트워크에있는 커패시터의 개별 커패시턴스의 합과 같습니다.

$$C_{T}\:\:=\:\:C_{1}\:\:+\:\:C_{2}\:\:+\:\:C_{3}$$

여기서 C 1첫 번째 커패시터 의 커패시턴스 이고 C 2 는 두 번째 커패시터 의 커패시턴스 이고 C 3 은 위의 네트워크에서 세 번째 커패시터 의 커패시턴스 입니다.

전압

회로 끝에서 측정 된 전압은 same 병렬 회로로 연결된 모든 커패시터의 전압으로.

$$V_{T}\:\:=\:\:V_{1}\:\:=\:\:V_{2}\:\:=\:\:V_{3}$$

여기서 V c1첫 번째 커패시터 의 전압 이고 V c2 는 두 번째 커패시터 의 전압 이고 V c3 은 위의 네트워크에서 세 번째 커패시터 의 전압 입니다.

흐름

흐르는 총 전류는 병렬 네트워크에 연결된 각 커패시터를 통해 흐르는 전류의 합과 같습니다.

$$I_{T}\:\:=\:\:I_{1}\:\:+\:\:I_{2}\:\:+\:\:I_{3}$$

I 1첫 번째 커패시터를 통과하는 전류 이고, I 2 는 두 번째 커패시터를 통과하는 전류 이고, I 3 은 위의 네트워크에서 세 번째 커패시터를 통과하는 전류 입니다.

커패시터에는 기능, 사용 된 유전체 재료, 모양 등에 따라 많은 유형이 있습니다. 주요 분류는 고정 및 가변 커패시터에 따라 수행됩니다.

커패시터 유형

분류는 다음 그림과 같습니다.

주요 분류는 위의 분류와 같습니다. 고정 커패시터는 자체 제조 시점에 값이 고정 된 커패시터이며 가변 커패시터는 커패시턴스 값을 변경할 수있는 옵션을 제공합니다.

가변 커패시터

변화 할 때 값이 변경되는 가변 커패시터에 대해 알려주십시오. electrically 또는 mechanically. 일반적으로 가변 커패시터는 하나는 고정되고 다른 하나는 가변적 인 금속판의 짜여진 세트로 구성됩니다. 이 커패시터는 커패시턴스 값을 제공하여10 to 500pF.

여기에 표시된 일체형 커패시터는 함께 연결된 두 커패시터의 조합입니다. 하나의 축이 하나로 결합 된 이러한 커패시터의 가변 끝을 회전하는 데 사용됩니다. 점선은 내부적으로 연결되어 있음을 나타냅니다.

라디오 수신기의 LC 회로 튜닝, 안테나의 임피던스 매칭 등과 같이 이러한 가변 저항의 용도가 많이 있습니다. 가변 커패시터의 주요 유형은 튜닝 커패시터와 트리머 커패시터입니다.

커패시터 튜닝

튜닝 커패시터는 널리 사용되는 가변 커패시터 유형입니다. 여기에는 고정자, 회 전자, 고정자를 지원하는 프레임과 운모 커패시터가 포함됩니다. 튜닝 커패시터의 구조적 세부 사항은 다음 그림에 나와 있습니다.

고정자는 고정 된 부품이며 회전자는 가동 축의 움직임에 의해 회전합니다. 로터 플레이트는 고정자의 슬롯으로 이동 될 때 커패시터 플레이트를 형성하기 위해 가깝습니다. 로터 플레이트가 고정자의 슬롯에 완전히 놓이면 커패시턴스 값이 최대이고 그렇지 않으면 커패시턴스 값이 최소입니다.

위 그림은 ganged tuning capacitor갱에 연결된 두 개의 튜닝 커패시터가 있습니다. 이것이 튜닝 커패시터가 작동하는 방식입니다. 이러한 커패시터는 일반적으로 몇 개의 Pico 패럿에서 수십 개의 Pico 패러 드까지의 커패시턴스 값을 갖습니다. 이들은 주로 라디오 수신기의 LC 회로에 사용됩니다. 이것들은 또한Tuning Condensers.

트리머 커패시터

트리머 커패시터는 드라이버를 사용하여 다양합니다. 트리머 커패시터는 일반적으로 일단 고정되면 커패시턴스 값을 변경할 필요가없는 곳에 고정됩니다.

트리머 커패시터에는 3 개의 리드가 있는데, 하나는 고정 플레이트에 연결되고, 하나는 회전에 연결되고, 다른 하나는 공통입니다. 이동식 디스크는 반원형입니다. 트리머 커패시터는 다음 그림과 같습니다.

중간에 유전체가있는 두 개의 평행 전도 판이 있습니다. 사용 된 유전체에 따라 에어 트리머 커패시터와 세라믹 트리머 커패시터가 있습니다. 트리머 커패시터의 구조적 세부 사항은 다음과 같습니다.

두 판 중 하나는 움직일 수 있고 다른 하나는 고정되어 있습니다. 유전체 재료가 고정되어 있습니다. 가동 판이 가동 전극과 고정 전극 사이의 반대쪽으로 움직이면 정전 용량을 변경할 수 있습니다. 두 전극이 커패시터의 두 플레이트로 작동하기 때문에 반대 영역이 커지면 커패시턴스가 높아집니다.

트리머 커패시터는 PCB (인쇄 회로 기판)에 쉽게 고정되며 주로 장비 교정에 사용됩니다.

제조 중에 값이 고정되어 나중에 변경할 수없는 커패시터를 Fixed Capacitors. 고정 커패시터의 주요 분류는 극성 및 비극성으로 수행됩니다. 무극성 커패시터를 살펴 보겠습니다.

비극성 커패시터

이것들은 no specific polarities즉, 오른쪽 리드와 왼쪽 리드의 배치에 대해 신경 쓰지 않고 어느 쪽이든 회로에 연결할 수 있습니다. 이 커패시터는Non-Electrolytic Capacitors.

Non-Polarized 커패시터의 주요 분류는 다음 그림과 같이 수행됩니다.

커패시터 유형 중 먼저 세라믹 커패시터를 살펴 보겠습니다.

세라믹 커패시터

고정형 중 사용되는 일반적인 커패시터는 세라믹 커패시터입니다. 세라믹 커패시터는ceramic material 유전체로.

이러한 세라믹 커패시터는 애플리케이션에 따라 class1 및 class2로 더 분류됩니다. 예를 들어Class1 안정성이 높고 공진 회로 애플리케이션에 가장 적합하며 class2 높은 효율을 가지며 커플 링 애플리케이션에 가장 적합합니다.

세라믹 재료와 같은 중공 관 또는 판 titanium dioxidebarium titanate양쪽 벽에은 화합물이 증착되어 양면이 두 개의 축전 기판 역할을하고 세라믹은 유전체 역할을합니다 이 두 표면에서 납을 뽑아 내고이 전체 어셈블리는 방습 코팅으로 캡슐화됩니다.

가장 자주 사용되는 현대 세라믹 커패시터는 다음과 같습니다. Multi-Layer Chip Capacitors (MLCC). 이 커패시터는 표면 실장 기술로 만들어지며 크기가 작기 때문에 주로 사용됩니다. 이들은 1ηF ~ 100µF의 순서로 제공됩니다.

필름 커패시터

필름 커패시터는 필름 물질을 유전체로 사용하는 것입니다. 사용되는 필름 유형에 따라 다음과 같이 분류됩니다.PaperMetal film 커패시터.

이 필름 커패시터는 모두 종이 유전체 커패시터이지만 종이 커패시터는 waxed 금속 필름 콘덴서는 종이를 사용하는 동안 metallized종이. 배열은 아래와 거의 같습니다.

종이 커패시터

종이 커패시터는 종이를 유전체로 사용합니다. 두 개의 얇은 주석 호일 시트를 가져와 얇은 왁스 또는 기름칠 종이 시트 사이에 놓습니다. 이 논문은 유전체 역할을합니다. 오늘날 종이는 플라스틱으로 대체되고 있습니다.

이 시트는 샌드위치되어 원통형 모양으로 말아 플라스틱 인클로저에 캡슐화됩니다. 리드가 그려집니다. 다음 그림은 종이 커패시터의 예를 보여줍니다.

종이 커패시터는 0.001µF ~ 2µF의 순서로 제공되며 정격 전압은 2000V까지 가능합니다. 이 커패시터는 고전압 및 전류 애플리케이션에 유용합니다.

금속 필름 커패시터

금속 필름 커패시터는 또 다른 유형의 필름 커패시터입니다. 여기에 사용되는 유전체는 금속 필름으로 코팅 된 종이이기 때문에 금속 호일 커패시터 또는 금속 종이 커패시터라고도합니다.

종이 커패시터와 달리 알루미늄 또는 아연 필름을 종이에 코팅하여이 금속 필름 커패시터에서 유전체를 형성합니다. 종이 사이에 알루미늄 시트를 두는 대신 종이 자체가 여기에 직접 코팅됩니다. 이것은 커패시터의 크기를 줄입니다.

알루미늄 코팅은 아연 코팅보다 선호됩니다. to avoid destruction화학적 감소로 인해 커패시터의. 알루미늄 코팅 시트는 실린더 형태로 말아서 리드를 취합니다. 이 모든 것은 커패시터를 보호하기 위해 왁스 또는 플라스틱 수지로 캡슐화되어 있습니다. 이 커패시터는high voltage and current 응용 프로그램.

기타 커패시터

이들은 사용 된 유전체 재료의 이름을 따서 명명 된 기타 커패시터입니다. 이 그룹에는 운모 커패시터, 공기 커패시터, 진공 커패시터 및 유리 커패시터 등이 포함됩니다.

운모 커패시터

Mica 커패시터는 얇은 Mica 시트를 유전체로 사용하여 만들어집니다. 종이 커패시터와 마찬가지로 얇은 금속 시트가 운모 시트로 사이에 끼워져 있습니다. 마지막으로 금속 시트 층이 양쪽 끝에 연결되고 두 개의 리드가 형성됩니다. 그런 다음 전체 어셈블리를 플라스틱 베이클라이트 캡슐에 넣습니다. 다음 이미지는 Mica 커패시터의 모양을 보여줍니다.

운모 커패시터는 50pF ~ 500pF 범위에서 사용할 수 있습니다. Mica 커패시터는 최대 500V의 높은 작동 전압을 가지고 있습니다. 리플 필터, 공진 회로, 커플 링 회로 및 고전력, 고전류 RF 방송 송신기와 같은 전자 회로에 가장 일반적으로 사용되는 커패시터입니다.

공기 커패시터

공기 커패시터는 air as dielectric. 가장 간단한 공기 커패시터는 사이에 공기가있는 전도 판이있는 커패시터입니다. 이 구조는variable tuning capacitor위에서 논의했습니다. 이 커패시터는 고정 및 가변적 일 수 있지만 고정 된 것은 다른 특성이 우수한 다른 커패시터가 있기 때문에 거의 사용되지 않습니다.

진공 커패시터

진공 커패시터는 high vacuum as dielectric공기 나 다른 물질 대신. 고정 및 가변 모드에서도 사용할 수 있습니다. 이 커패시터의 구조는 진공관과 유사합니다. 그것들은 대부분 그물로 된 동심원 실린더를 포함하는 유리 실린더 형태로 보입니다.

다음 이미지는 가변 진공 커패시터를 보여줍니다.

다음 이미지는 고정 진공 커패시터가 어떻게 생겼는지 보여줍니다.

가변 진공 커패시터는 12pF ~ 5000pF 범위에서 사용할 수 있으며 5kV ~ 60kV와 같은 고전압 애플리케이션에 사용됩니다. 그들은 다음과 같은 주요 장비에 사용됩니다high power broadcast transmitters, RF amplifiers 크고 antenna tuners.

유리 커패시터

유리 커패시터는 많은 장점과 응용을 가진 매우 독점적 인 것입니다. 위의 모든 유형과 마찬가지로 여기glass유전 물질입니다. 유리 유전체와 함께 알루미늄 전극도 이러한 커패시터에 존재합니다. 리드를 제거한 후 플라스틱 캡슐화가 이루어집니다. 리드는 축 리드 또는 관형 리드 일 수 있습니다.

다음과 같은 유리 커패시터의 많은 장점이 있습니다.

  • 온도 계수가 낮습니다.
  • 이들은 노이즈가없는 커패시터입니다.
  • 저손실로 고품질 출력을 생성합니다.
  • 높은 작동 온도를 처리 할 수 ​​있습니다.
  • 이 커패시터는 큰 RF 전류를 처리 할 수 ​​있습니다.

이러한 유리 커패시터에는 다음과 같은 많은 응용 분야가 있습니다.

  • 고온 영역에 있어야하는 회로에 사용됩니다.
  • 높은 Q가 필요한 회로에 사용됩니다.
  • 고전력 처리 회로에 사용됩니다.
  • 높은 공차가 필요한 회로에 사용됩니다.

Polarized Capacitors는 특정 양극 및 음극 극성을 가진 커패시터입니다. 이러한 커패시터를 회로에서 사용하는 동안 항상 연결되어 있는지주의해야합니다.perfect polarities. 다음 이미지는 극성 커패시터의 분류를 보여줍니다.

전해 커패시터에 대한 논의를 시작하겠습니다.

전해 커패시터

전해 커패시터는 이름으로 일부 전해질이 사용되었음을 나타내는 커패시터입니다. 이들은 양극 (+)과 음극 (-)이 특정 극성을 가진 극성 화 된 커패시터입니다.

금속 insulating oxide layer 아노다이징에 의한 형태는 Anode. 솔리드 또는 비 솔리드electrolyte 산화층의 표면을 덮는 cathode. 전해 커패시터는 훨씬 더Capacitance-Voltage (CV) value 더 큰 양극 표면과 얇은 유전체 산화물 층으로 인해 다른 것보다.

알루미늄 전해 커패시터

알루미늄 전해 커패시터는 전해 커패시터 중에서 가장 일반적인 유형입니다. 이들에서 순수한Aluminum foil 에칭 된 표면으로 Anode. 두께가 몇 마이크로 미터 인 얇은 금속 층이diffusion barrier, 두 금속 사이에 배치되어 전기적으로 분리됩니다. 따라서 확산 장벽은dielectric. 그만큼electrolyte 역할을 cathode 산화층의 거친 표면을 덮습니다.

다음 그림은 사용 가능한 다양한 크기의 알루미늄 전해 커패시터 이미지를 보여줍니다.

전해질에 따라 세 가지 유형의 알루미늄 전해 커패시터가 있습니다. 그들은-

  • 습식 알루미늄 전해 커패시터 (비 고체)
  • 이산화망간 알루미늄 전해 콘덴서 (고체)
  • 폴리머 알루미늄 전해 커패시터 (고체)

이 알루미늄 전해 커패시터의 가장 큰 장점은 low impedance주전원 주파수에서도 가치가 있으며 저렴합니다. 이들은 주로Power supply circuits, SMPS (스위치 모드 전원 공급 장치) 및 DC-DC Converters.

탄탈륨 전해 커패시터

이들은 또 다른 유형의 전해 커패시터입니다. anode 구성된다 tantalum 매우 얇은 단열재 oxide layer로 이루어져. 이 레이어는dielectric 그리고 electrolyte 산화물 층의 표면을 덮는 음극 역할을합니다.

다음 그림은 탄탈 콘덴서가 어떻게 생겼는지 보여줍니다.

탄탈륨은 높은 유전율 유전체 층을 제공합니다. 탄탈륨은 부피당 커패시턴스가 높고 무게가 적습니다. 그러나 탄탈륨을 자주 사용할 수 없기 때문에 알루미늄 전해 콘덴서보다 비용이 많이 듭니다.

니오브 전해 커패시터

Niobium Electrolytic Capacitor는 부동 태화 된 니오브 금속 또는 니오븀 일산화물을 양극으로 간주하고 절연성 니오븀 오산화물 층을 양극에 추가하여 유전체 역할을하는 또 다른 유형의 전해 커패시터입니다. 고체 전해질은 음극 역할을하는 산화물 층의 표면에 놓여 있습니다. 다음 그림은 Niobium 커패시터의 모양을 보여줍니다.

니오브 커패시터는 일반적으로 SMD (Surface Mount Devices) 칩 커패시터로 제공됩니다. 이들은 PCB에 쉽게 장착됩니다. 이 커패시터는 완벽한 극성으로 작동해야합니다. 지정된 것보다 높은 모든 종류의 역 전압 또는 리플 전류는 결국destroy the dielectric 그리고 커패시터도.

슈퍼 커패시터

다른 커패시터보다 훨씬 높은 커패시턴스 값을 갖는 고용량 전기 화학 커패시터를 Super Capacitors. 이들은 전해 커패시터와 충전식 배터리 사이에있는 그룹으로 분류 할 수 있습니다. 이것들은 또한Ultra Capacitors.

이러한 커패시터에는 다음과 같은 많은 이점이 있습니다.

  • 그들은 높은 커패시턴스 값을 가지고 있습니다.
  • 그들은 훨씬 더 빠르게 충전을 저장하고 전달할 수 있습니다.
  • 더 많은 충전 및 방전주기를 처리 할 수 ​​있습니다.

이 커패시터에는 다음과 같은 많은 응용 분야가 있습니다.

  • 그들은 자동차, 버스, 기차, 엘리베이터 및 크레인에 사용됩니다.
  • 회생 제동에 사용됩니다.
  • 메모리 백업에 사용됩니다.

슈퍼 커패시터의 유형은 이중층, 의사 및 하이브리드입니다.

이중층 커패시터

이중층 커패시터는 정전기 커패시터입니다. 전하 증착은 이중층 원리에 따라 이러한 커패시터에서 수행됩니다.

  • 모든 고체 물질은 액체에 넣을 때 표면층에 음전하를 띠게됩니다.

  • 이것은 액체의 높은 유전 계수 때문입니다.

  • 모든 양이온은 피부를 만들기 위해 고체 물질의 표면 근처에 있습니다.

  • 고체 물질 근처의 양이온 증착은 거리에 따라 느슨해집니다.

  • 음이온과 양이온의 증착으로 인해이 표면에서 생성 된 전하는 약간의 커패시턴스 값으로 이어집니다.

This double-layer phenomenon is also termed as Helmholtz double layer. The figure below explains the procedure of double-layer phenomenon, when the capacitor is charged and when it is discharged.

These capacitors are simply called as Electric Double Layered Capacitors (EDLC). They use carbon electrodes to achieve separation of charge between the surface of conductive electrode and the electrolyte. The carbon acts as dielectric and the other two as anode and cathode. The separation of charge is much smaller than in a conventional capacitor.

Pseudo Capacitors

These capacitors follow the electrochemical process for the deposition of charge. This is also called as faradaic process. At an electrode, when some chemical substance reduces or oxidizes, some current is generated. During such process, these capacitors store the electric charge by electron transfer between electrode and electrolyte. This is the working principle of Pseudo capacitors.

They get charged much faster and store the charge as much as a battery does. They are operated at a faster rate. These are used in tandem with batteries to improve life. These are used in grid applications to handle power fluctuations.

Hybrid Capacitors

A Hybrid Capacitor is a combination of EDLC and Pseudo Capacitor. In the Hybrid capacitors, activated carbon is used as cathode and the pre-doped carbon material acts as anode. Li ion capacitor is the common example of this type. The following figure shows different types of Hybrid Capacitors.

They have high tolerance in a wide range of temperature variations from -55°C to 200°C. Hybrid capacitors are also used in airborne applications. Though cost is high, these capacitors are highly reliable and compact. These are rugged and can tolerate extreme shock, vibration and pressure from environment. Hybrid capacitors have higher energy density and higher specific power than any electrolytic capacitor.

Let me introduce you to another important component in the field of Electronics and Electricals, the Inductor. Inductor is a passive two-terminal component that temporarily stores energy in the form of a magnetic field. It is usually called as a coil. The main property of an inductor is that it opposes any change in current.

Inductor

According to the Faraday’s law of Electromagnetic induction, When the current flowing through an inductor changes, the time-varying magnetic field induces a voltage in the conductor. According to lens law, the direction of induced EMF opposes the change in current that created it. Hence, induced EMF is opposite to the voltage applied across the coil. This is the property of an inductor.

The following figure shows how an inductor looks like.

An inductor blocks any AC component present in a DC signal. The inductor is sometimes wrapped upon a core, for example a ferrite core. It then looks as in the figure below.

The following figure shows an inductor with various parts labelled.

Symbols

The symbols of various types of inductors are as given below.

Storage of Energy

One of the Basic properties of electromagnetism is that the current when flows through an inductor, a magnetic field gets created perpendicular to the current flow. This keeps on building up. It gets stabilized at some point, which means that the inductance won’t build up after that. When the current stops flowing, the magnetic field gets decreased.

This magnetic energy gets turned into electrical energy. Hence energy gets stored in this temporarily in the form of magnetic field.

Working of an Inductor

According to the theory of Electromagnetic Induction, any varying electric current, flowing in a conductor, produces a magnetic field around that, which is perpendicular to the current. Also, any varying magnetic field, produces current in the conductor present in that field, whereas the current is perpendicular to the magnetic field.

Now, if we consider an inductor which is made up of a conducting coil and when some current passes through the inductor, a magnetic field is created perpendicular to it. The following figure indicates an inductor with magnetic field around it.

Now, here we have a varying magnetic field, which creates some current through the conductor. But this current is produced such that it opposes the main current, which has produced the magnetic field.

If this current is named as Im which means the current produced due to the magnetic field and the magnetic field is indicated by β, the following figure indicates it.

This opposing current gains strength with the varying magnetic field, which gains energy by the input supply frequency. Hence as the input current becomes more and more AC with high frequency, the resulting opposing current also gains its strength in opposite direction to the very cause producing it. Now, this opposing current, tries to stop the high frequency AC to pass through the inductor, which means “blocking of AC”.

The property of an inductor to get the voltage induced by the change of current flow, is defined as Inductance. Inductance is the ratio of voltage to the rate of change of current.

The rate of change of current produces change in the magnetic field, which induces an EMF in opposite direction to the voltage source. This property of induction of EMF is called as the Inductance.

The formula for inductance is

$$Inductance\:\:=\:\:\frac{volatge}{rate\:of\:change\:of\:current}$$

Units −

  • The unit of Inductance is Henry. It is indicated by L.

  • The inductors are mostly available in mH (milli Henry) and μH (micro Henry).

A coil is said to have an inductance of one Henry when an EMF of one volt is self-induced in the coil where the current flowing changed at a rate of one ampere per second.

Self-Inductance

If a coil is considered in which some current flows, it has some magnetic field, perpendicular to the current flow. When this current keeps on varying, the magnetic field also changes and this changing magnetic field, induces an EMF, opposite to the source voltage. This opposing EMF produced is the self-induced voltage and this method is called as self-inductance.

The current is in the figure indicate the source current while iind indicates the induced current. The flux represents the magnetic flux created around the coil. With the application of voltage, the current is flows and flux gets created. When the current is varies, the flux gets varied producing iind.

This induced EMF across the coil is proportional to the rate of change in current. The higher the rate of change in current the higher the value of EMF induced.

We can write the above equation as

$$E\:\:\alpha\:\:\frac{dI}{dt}$$

$$E\:\:=\:\:L\:\:\frac{dI}{dt}$$

Where,

  • E is the EMF produced

  • dI/dt indicates the rate of change of current

  • L indicates the co-efficient of inductance.

Self-inductance or Co-efficient of Self-inductance can be termed as

$$L\:\:=\:\:\frac{E}{\frac{dI}{dt}}$$

The actual equation is written as

$$E\:\:=\:\:-L\:\:\frac{dI}{dt}$$

The minus in the above equation indicates that the EMF is induced in opposite direction to the voltage source according to Lenz’s law.

Mutual Inductance

As the current carrying coil produces some magnetic field around it, if another coil is brought near this coil, such that it is in the magnetic flux region of the primary, then the varying magnetic flux induces an EMF in the second coil. If this first coil is called as Primary coil, the second one can be called as a Secondary coil.

When the EMF is induced in the secondary coil due to the varying magnetic field of the primary coil, then such phenomenon is called as the Mutual Inductance.

The current is in the figure indicate the source current while iind indicates the induced current. The flux represents the magnetic flux created around the coil. This spreads to the secondary coil also.

With the application of voltage, the current is flows and flux gets created. When the current is varies, the flux gets varied producing iind in the secondary coil, due to the Mutual inductance property.

The change took place like this.

$$V_{p}\:\:I_{p}\rightarrow\:\:B\:\:\rightarrow\:\:V_{s}\:\:I_{s}$$

Where,

  • Vp ip Indicate the Voltage and current in Primary coil respectively

  • B Indicates Magnetic flux

  • Vs is Indicate the Voltage and current in Secondary coil respectively

Mutual inductance M of the two circuits describes the amount of the voltage in the secondary induced by the changes in the current of the primary.

$$V(Secondary)\:\:=\:\:-M\frac{\Delta I}{\Delta t}$$

Where $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ the rate of change of current with time and M is the co-efficient of Mutual inductance. The minus sign indicates the direction of current being opposite to the source.

Units −

The units of Mutual inductance is

$$volt\:\:=\:\:M\frac{amps}{sec}$$

(From the above equation)

$$M\:\:=\:\:\frac{volt.\:sec}{amp}$$

$$=\:\:Henry(H)$$

Depending upon the number of turns of the primary and the secondary coils, the magnetic flux linkage and the amount of induced EMF varies. The number of turns in primary is denoted by N1 and secondary by N2. The co-efficient of coupling is the term that specifies the mutual inductance of the two coils.

Factors affecting Inductance

There are a few factors that affect the performance of an inductor. The major ones are discussed below.

코일의 길이

인덕터 코일의 길이는 코일의 인덕턴스에 반비례합니다. 코일의 길이가 더 길면 해당 인덕터가 제공하는 인덕턴스가 줄어들고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

코일의 단면적

코일의 단면적은 코일의 인덕턴스에 정비례합니다. 코일 면적이 클수록 인덕턴스가 높아집니다.

턴 수

권선 수에 따라 코일은 인덕턴스에 직접 영향을 미칩니다. 인덕턴스 값은 코일의 회전 수에 제곱됩니다. 따라서 권선 수가 많을수록 코일의 인덕턴스 값이 제곱됩니다.

코어의 투과성

그만큼 permeability (μ)인덕터의 코어 재료는 코어가 자체 내부에 자기장을 형성하기 위해 제공하는 지원을 나타냅니다. 그만큼higher 핵심 재료의 투자율, higher 인덕턴스가 될 것입니다.

결합 계수

이것은 두 코일의 상호 인덕턴스를 계산할 때 알아야 할 중요한 요소입니다. N1 및 N2 턴의 두 개의 인접한 코일을 각각 고려해 보겠습니다.

첫 번째 코일 i 1을 통과하는 전류 는 일부 플럭스 Ψ 1을 생성합니다 . 자속 연결의 양은 웨버 턴에 의해 이해됩니다.

로 인해 I의 단위 전류와, 상기 제 2 코일을 쇄교 자속의 양을 보자 1 BE

$$\frac{N_{2}\varphi_{1}}{i_{1}}$$

이것은 상호 인덕턴스의 계수로 이해 될 수 있습니다.

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{2}\varphi_{1}}{i_{1}}$$

따라서 두 코일 또는 회로 사이의 상호 인덕턴스 계수는 다른 코일의 1A 전류로 인해 한 코일에서 웨버 턴 (weber-turns)으로 이해됩니다.

첫 번째 코일의 자체 인덕턴스가 L 1 이면

$$L_{1}i_{1}\:\:=\:\:{N_{1}\varphi_{1}}\:\:=>\:\:\frac{L_{1}}{N_{1}}\:\:\frac{\varphi_{1}}{i_{1}}$$

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{2}L_{1}}{N_{1}}$$

마찬가지로, 두 번째 코일의 전류 i 2 로 인한 상호 인덕턴스 계수 는 다음과 같습니다.

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{1}\varphi_{2}}{i_{2}}\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\:1$$

두 번째 코일의 자기 인덕턴스가 L 2 인 경우

$$L_{2}i_{2}\:\:=\:\:N_{2}\varphi_{2}$$

$$\frac{L_{2}}{N_{2}}\:\:=\:\:\frac{\varphi_{2}}{i_{2}}$$

따라서,

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{1}L_{2}}{N_{2}}\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\:2$$

1과 2를 곱하면

$$M\:\:\times\:\:M=\:\:\frac{N_{2}L_{1}}{N_{1}}\:\:\times\:\:\frac{N_{1}L_{2}}{N_{2}}$$

$$M^{2}\:\:=\:\:L_{1}L_{2}\:\:=>\:\:M\:\:=\:\:\sqrt{L_{1}L_{2}}$$

위의 방정식은 1 차 코일의 전체 변화하는 플럭스가 2 차 코일과 연결될 때 사실이며 이는 이상적인 경우입니다. 그러나 실제로는 그렇지 않습니다. 따라서 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

$$M\:\:\neq\:\:\sqrt{L_{1}L_{2}}$$

$$and \frac{M}{\sqrt{L_{1}L_{2}}}\:\:=\:\:K\:\:\neq\:\:1$$

여기서 K는 결합 계수로 알려져 있습니다.

그만큼 Coefficient of coupling K 상호 인덕턴스의 이상적인 (최대) 계수에 대한 실제 상호 인덕턴스 계수의 비율로 정의 할 수 있습니다.

k 값이 1에 가까우면 코일이 단단히 결합되어 있다고 말하고 k 값이 0이면 코일이 느슨하게 결합되었다고합니다.

인덕터의 응용

다음과 같은 인덕터의 많은 응용 프로그램이 있습니다-

  • 인덕터는 고주파 부품을 감지하고 노이즈 신호를 억제하기 위해 필터 회로에 사용됩니다.

  • 원하지 않는 HF 신호로부터 회로를 분리합니다.

  • 인덕터는 변압기를 형성하고 회로를 스파이크로부터 분리하기 위해 전기 회로에 사용됩니다.

  • 인덕터는 모터에도 사용됩니다.

인덕터는 회로에 연결될 때 직렬 또는 병렬 연결이 될 수 있습니다. 이제 병렬로 연결될 때 직렬로 연결된 경우 총 전류, 전압 및 저항 값에 어떤 일이 발생하는지 알려주십시오.

직렬 인덕터

직렬로 연결된 인덕터가 거의 없을 때 어떤 일이 발생하는지 살펴 보겠습니다. 아래 그림과 같이 값이 다른 세 개의 저항을 고려해 보겠습니다.

인덕턴스

직렬 인덕터가있는 회로의 총 인덕턴스는 개별 인덕턴스의 합과 같습니다. 위에 주어진 네트워크의 총 인덕턴스 값은

$$L_{T}\:\:=\:\:L_{1}\:\:+\:\:L_{2}\:\:+\:\:L_{3}$$

여기서 L 1첫 번째 저항 의 인덕턴스이고 , L 2 는 두 번째 저항 의 인덕턴스 이고 L 3 은 위의 네트워크에서 세 번째 저항 의 인덕턴스입니다 .

전압

직렬 인덕터 네트워크에 나타나는 총 전압은 각 개별 인덕턴스에서 전압 강하를 추가 한 것입니다.

회로에 나타나는 총 전압

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:\:+\:\:V_{2}\:\:+\:\:V_{3}$$

여기서 V 1첫 번째 인덕터 의 전압 강하 이고 V 2 는 두 번째 인덕터 의 전압 강하 이고 V 3 은 위의 네트워크에서 세 번째 인덕터 의 전압 강하 입니다.

흐름

직렬로 연결된 인덕터 세트를 통해 흐르는 전류의 총량은 네트워크 전체의 모든 지점에서 동일합니다.

네트워크를 통한 전류

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:=\:\:I_{2}\:\:=\:\:I_{3}$$

I 1첫 번째 인덕터를 통과하는 전류 이고, I 2 는 두 번째 인덕터를 통과하는 전류 이고, I 3 은 위 네트워크에서 세 번째 인덕터를 통과하는 전류 입니다.

병렬 인덕터

병렬로 연결된 저항이 거의 없을 때 어떤 일이 발생하는지 살펴 보겠습니다. 아래 그림과 같이 값이 다른 세 개의 저항을 고려해 보겠습니다.

인덕턴스

병렬 저항이있는 회로의 총 인덕턴스는 직렬 인덕터 네트워크 방법과 다르게 계산됩니다. 여기에서 개별 인덕턴스의 역수 (1 / R) 값에 대수 합계의 역을 더하여 총 인덕턴스 값을 얻습니다.

네트워크의 총 인덕턴스 값은

$$\frac{1}{L_{T}}\:\:=\:\:\frac{1}{L_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{L_{2}}\:\:+\:\:\frac{1}{L_{3}}$$

여기서 L 1첫 번째 인덕터 의 인덕턴스이고 , L 2 는 두 번째 인덕터 의 인덕턴스 이고 L 3 은 위 네트워크에서 세 번째 인덕터 의 인덕턴스입니다 .

병렬 인덕턴스를 계산하는 방법에서 두 인덕터 병렬 네트워크에 대한 간단한 방정식을 유도 할 수 있습니다. 그것은

$$L_{T}\:\:=\:\:\frac{L_{1}\:\:\times\:\: L_{2}}{L_{1}\:\:+\:\: L_{2}}$$

전압

병렬 인덕터 네트워크에 나타나는 총 전압은 각 개별 인덕턴스에서 전압 강하와 동일합니다.

회로에 나타나는 전압

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:\:=\:\:V_{2}\:\:=\:\:V_{3}$$

여기서 V 1첫 번째 인덕터 의 전압 강하 이고 V 2 는 두 번째 인덕터 의 전압 강하 이고 V 3 은 위의 네트워크에서 세 번째 인덕터 의 전압 강하 입니다. 따라서 전압은 병렬 인덕터 네트워크의 모든 지점에서 동일합니다.

흐름

병렬 유도 네트워크로 들어가는 총 전류량은 모든 병렬 분기에 흐르는 모든 개별 전류의 합입니다. 각 분기의 인덕턴스 값은 분기를 통해 흐르는 전류 값을 결정합니다.

네트워크를 통한 총 전류는

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:+\:\:I_{2}\:\:+\:\:I_{3}$$

I 1첫 번째 인덕터를 통과하는 전류 이고, I 2 는 두 번째 인덕터를 통과하는 전류 이고, I 3 은 위 네트워크에서 세 번째 인덕터를 통과하는 전류 입니다.

따라서 다른 분기에있는 개별 전류의 합은 병렬 네트워크에서 총 전류를 얻습니다.

유도 성 리액턴스

유도 리액턴스는 인덕터가 교류 또는 단순히 AC 전류에 대해 제공하는 반대입니다. 인덕터는 전류 흐름의 변화에 ​​저항하는 특성을 가지고 있으므로 다음과 같이 불릴 수있는 약간의 반대를 나타냅니다.reactance, 입력 전류의 주파수도 제공하는 저항과 함께 고려되어야합니다.

  • 표시- XL

  • 단위- Ohms

  • 기호 − Ω

순전히 유도 성 회로에서 전류 IL lags인가 전압을 90 °로 조정합니다. 유도 리액턴스는 다음과 같이 계산됩니다.

$$X_{L}\:\:=\:\:2\pi fL$$

여기서 f는 신호의 주파수입니다. 따라서 유도 리액턴스는 주파수와 인덕턴스의 함수입니다.

인덕터는 다양한 모양으로 제공되며 용도가 다릅니다. 크기는 제조에 사용되는 재료에 따라 다릅니다. 주요 분류는 고정 및 가변 인덕터로 수행됩니다. Henries가 적은 인덕터는 단순한 저항 크기의 아령 모양 일 수 있습니다. 고정 인덕터는 항상 색상 코딩의 첫 번째 색상으로 은색을 사용합니다.

인덕터의 핵심은 핵심입니다. 사용되는 핵심 재료에 따라 많은 유형의 인덕터가 있습니다. 그중 몇 가지를 살펴 보겠습니다.

공심 인덕터

일반적으로 볼 수있는 인덕터는 단순한 권선이있는이 에어 코어 인덕터입니다. 이것은 아무것도 없습니다air as the core재료. 플라스틱 및 세라믹과 같은 비자 성 재료도 코어 재료로 사용되며이 공기 코어 인덕터에도 포함됩니다. 다음 이미지는 다양한 공심 인덕터를 보여줍니다.

이 인덕터는 자기장 강도가 매우 높은 애플리케이션에서 최소 신호 손실을 제공합니다. 또한 단단한 코어 재료가 없기 때문에 코어 손실이 없습니다.

철심 인덕터

이 인덕터는 페라이트 또는 철과 같은 강자성 재료를 코어 재료로 사용합니다. 이러한 핵심 재료의 사용은 높은 투자율로 인해 인덕턴스 증가에 도움이됩니다.Permeability재료 내 자기장 형성을 지원하는 능력을 측정합니다. 다음 이미지는 철심 인덕터가 어떻게 생겼는지 보여줍니다.

이와 같은 강자성 코어 재료를 사용하는 인덕터는 고주파에서 코어 손실과 에너지 손실을 겪습니다. 이 인덕터는 몇 가지 유형의 변압기 제조에 사용됩니다.

토로 이달 인덕터

이 인덕터는 와이어가 감기는 핵심 물질로 자성 물질을 사용합니다. 다음 그림과 같이 원형 링 모양입니다.

이 유형의 인덕터의 가장 큰 장점은 원형 모양으로 인해 인덕터의 전체 모양에서 대칭이 이루어지기 때문에 자속 손실이 최소화된다는 것입니다. 이 인덕터는 주로 AC 회로 애플리케이션에 사용됩니다.

적층 코어 인덕터

적층과 같은 얇은 강판을 핵심 소재로 적층 한 인덕터입니다. 일반적으로 인덕터의 경우 전류가 이동하기 위해 루프 영역이 증가하면 에너지 손실이 더 커집니다. 반면 이러한 적층 코어 인덕터에서는 얇은 강판 스택이 와전류를 차단하여 루프 동작을 최소화하는 데 도움이됩니다.

다음 그림은 적층 코어 인덕터의 이미지를 보여줍니다.

이 인덕터의 가장 큰 장점은 구조를 통해 에너지 손실을 최소화하는 것입니다. 이 적층 코어 인덕터는 대부분 변압기 제조에 사용됩니다.

분말 철심 인덕터

이름에서 알 수 있듯이이 인덕터의 코어에는 약간의 공극이있는 자성 물질이 있습니다. 그러나 이러한 종류의 구조는 다른 유형에 비해 높은 수준의 에너지를 저장하기 위해 코어에 이점을 제공합니다. 다음 그림은 분말 형 철심 인덕터의 이미지를 보여줍니다.

이 인덕터는 매우 낮은 와전류 손실과 히스테리시스 손실을 제공합니다. 이들은 최저 가격으로 제공되며 인덕턴스 안정성이 매우 우수합니다.

RF 인덕터는 radio frequency 인덕터, 사용되는 high resonant frequencies. 이들은 다층 코일 인덕터 또는 박막 코팅 세라믹 인덕터 또는 와이어 권선 세라믹 인덕터 일 수 있습니다. 다음 그림은 몇 가지 RF 인덕터를 나타냅니다.

이 인덕터는 다음과 같은 특징이 있습니다. low current ratinghigh electrical resistance. 그러나 여기에서 고주파가 사용됨에 따라 와이어 저항이 증가합니다. 또한 이러한 높은 공진 무선 주파수로 인해 효과가 거의 나타나지 않습니다. 그들을 살펴 보자.

피부 효과

고주파에서 교류는 도체를 통해 전류가 불균등하게 분포하는 경향이 있습니다. 전류는 중심보다 도체 표면에서 높게 흐릅니다. 그것은 에너지를skin 다음 그림과 같이 도체의 깊은 코어를 남겨 둡니다.

에너지가 전도체의 피부에 집중됨에 따라이 효과를 Skin Effect. 실제로이 표피 효과는 교류로 인한 자기장 변화에 의해 생성되는 와전류로 인해 발생합니다. 요즘에는 도체의 무게와 비용을 줄이기 위해 고주파를 전달하는 도체가 튜브 형태로 만들어집니다.

근접 효과

위의 것과 함께 이것은 여기에서 관찰되는 또 다른 효과입니다. 근접 효과는 고주파에서 와이어의 저항을 증가시키는 효과입니다. 근접성은 효과가있을 것이라고 말하는 단어입니다.adjacent wires. 다음 그림은 인접한 케이블 가장자리의 전류 농도를 보여줍니다.

각 회전에는 와이어에 와전류를 유도하는 자기장이있어 전류가 인접한 와이어의 측면에 집중됩니다. 이 효과로 와이어의 유효 단면적이 감소하고resistance gets increased.

기생 커패시턴스

일반적으로 인덕터는 내부적으로 직렬 저항 (와이어 저항)과 션트 (기생 커패시턴스)의 커패시터를 포함합니다. 권선의 각 턴은 인덕터에서 약간 다른 전위를 갖습니다. 다음 그림은 인덕터의 커패시턴스 효과를 보여줍니다.

각 차례에 존재하는 두 개의 도체는 공기를 유전체로 사용하는 커패시터 플레이트 역할을합니다. 로 불리는 커패시턴스Parasitic Capacitance여기에 존재합니다. 특정 애플리케이션에서이를 방지하기 위해 권선이 서로 멀리 떨어져 있습니다.

주파수가 증가하면 기생 커패시턴스의 임피던스는 감소하고 인덕터의 임피던스는 증가합니다. 따라서 인덕터는 커패시터처럼 동작하는 경향이 있습니다.

유전 손실

인덕터의 도체를 통과하는 전류는 절연체 분자가 열의 형태로 에너지를 발휘하게 만듭니다. 주파수가 높을수록 열 방출이 커집니다.

초크

인덕터는 초크라고도합니다. 인덕터는 AC 구성 요소를 차단하고이를 통해 DC 구성 요소를 보냅니다. 따라서 AC를 초크하거나 중지 할 때 인덕터는 간단히Choke.

절연 전선 코일은 종종 자기 코어에 감겨 초크를 형성합니다. 신호 주파수가 증가하면 초크의 임피던스가 증가합니다. 리액턴스로 인해 AC 양을 제한 할 수 있습니다. 그러나 전기 저항이 낮기 때문에 실질적으로 AC의 일부가 통과합니다. 이들은 주로 튜브 조명 및 전자 응용 분야의 변압기에 사용됩니다.

원칙에 따라 Electromagnetic Induction, 우리는 이미 다양한 플럭스가 코일에서 EMF를 유도 할 수 있음을 배웠습니다. 원칙에 따라Mutual induction, 다른 코일이 그러한 코일 옆에 놓이면 플럭스는 EMF를 두 번째 코일로 유도합니다.

이제 다양한 플럭스를 가진 코일을 Primary Coil EMF가 유도되는 코일은 Secondary Coil, 두 개의 코일이 함께 하나의 Transformer.

변신 로봇

변압기에는 입력이 제공되는 1 차 코일과 출력이 수집되는 2 차 코일이 있습니다. 이 두 코일은 모두 코어 재료에 감겨 있습니다. 일반적으로 절연체는Core 변압기의.

다음 그림은 실제 변압기를 보여줍니다.

위의 그림에서 일반적인 표기법이 거의 없음을 알 수 있습니다. 그것들을 메모 해 봅시다. 그들은-

  • Np = 1 차 권선의 회전 수

  • Ns = 2 차 권선의 권수

  • Ip = 변압기의 1 차측에 흐르는 전류

  • Is = 변압기의 2 차측에 흐르는 전류

  • Vp = 변압기의 1 차측 전압

  • Vs = 변압기의 2 차측 전압

  • Φ = 변압기 코어 주변에 자속이 존재합니다.

회로의 변압기

다음 그림은 변압기가 회로에서 어떻게 표현되는지 보여줍니다. 1 차 권선, 2 차 권선 및 변압기의 코어도 다음 그림에 표시됩니다.

따라서 변압기가 회로에 연결되면 입력 공급 장치가 1 차 코일에 제공되어이 전원 공급 장치로 다양한 자속을 생성하고 그 자속이 변압기의 2 차 코일로 유도되어 다양한 EMF를 생성합니다. 다양한 플럭스. 플럭스가 다양해야하므로 1 차에서 2 차로 EMF를 전송하기 위해 변압기는 항상 교류 AC에서 작동합니다.

스텝 업 및 스텝 다운

2 차 권선의 권선 수에 따라 변압기를 Step up 또는 Step down 변신 로봇.

여기서 주목해야 할 요점은 1 차와 2 차에 차이가 없다는 것입니다. power변압기의. 따라서 2 차측에서 전압이 높으면 낮은 전류를 끌어서 전력을 안정적으로 유지합니다. 또한 2 차측 전압이 낮 으면 1 차측과 전력이 동일해야하므로 높은 전류가 흐르게됩니다.

스텝 업

2 차 권선이 1 차 권선보다 많은 수의 권선을 가질 때 변압기는 Step-up변신 로봇. 여기서 유도 된 EMF는 입력 신호보다 큽니다.

내려오다

2 차 권선이 1 차 권선보다 적은 수의 권선을 가질 때 변압기는 Step-down변신 로봇. 여기서 유도 된 EMF는 입력 신호보다 적습니다.

회전율

1 차 권선과 2 차 권선의 권선 수가 정격 전압에 영향을 미치기 때문에 유도 전압에 대한 아이디어를 얻기 위해 권선 간의 비율을 유지하는 것이 중요합니다.

1 차 코일의 권선 수와 2 차 코일의 권선 수의 비율을“turns ratio”또는“the ratio of transformation”. 권선비는 일반적으로 다음과 같이 표시됩니다.N.

$$N\:\:=\:\:Turns\:ratio\:\:=\:\:\frac{Number\:of\:turns\:on\:Primary}{Number\:of\:turns\:on\:Secondary}\:\:=\:\:\frac{N_{p}}{N_{s}}$$

1 차 대 2 차 비율, 입력 대 출력 비율 및 주어진 변압기의 권선 비율은 해당 변압기와 동일합니다. voltage ratio. 따라서 이것은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

$$\frac{N_{p}}{N_{s}}\:\:=\:\:\frac{V_{p}}{V_{s}}\:\:=\:\:N\:\:=\:\:Turns\:ratio$$

권선비는 변압기가 승압 변압기인지 강압 변압기인지 여부도 나타냅니다. 예를 들어, 1 : 3의 권선비는 변압기가 승압임을 나타내며 비율 3 : 1은 강압 변압기임을 나타냅니다.

변압기의 분류에는 사용되는 코어, 사용되는 권선, 사용 장소 및 유형, 전압 레벨 등에 따라 많은 유형이 있습니다.

단상 및 삼상 변압기

사용되는 전원에 따라 변압기는 주로 다음과 같이 분류됩니다. Single phasethree phase 변압기.

  • 일반 변압기는 단상 변압기입니다. 1 차 권선과 2 차 권선이 있으며 2 차 전압을 낮추거나 높이기 위해 작동합니다.

  • 3 상 변압기의 경우 3 개의 1 차 권선이 함께 연결되고 3 개의 2 차 권선이 함께 연결됩니다.

낮은 비용으로 적은 공간을 차지하는 우수한 효율을 얻기 위해 3 개의 단상 변압기보다 단일 3 상 변압기가 선호됩니다. 그러나 중장비의 운송 문제로 인해 대부분의 경우 단상 변압기가 사용됩니다.

이 변압기의 또 다른 분류는 CoreShell 유형.

  • Shell type, 권선은 코어로 둘러싸인 단일 다리에 배치됩니다.

  • Core type, 그들은 다른 다리에 상처를 입습니다.

차이점은 다음 그림을 보면 잘 알려져 있습니다.

변압기의 분류는 사용 된 코어 재료의 유형에 따라 수행 할 수도 있습니다. 이것들은 실제로RF transformers, Air-core 변압기, Ferrite core 변압기, Transmission line 변압기 및 Balun변압기. 발룬 변압기는 RF 수신기 시스템에 사용됩니다. 주요 유형은 공심 및 철심 변압기입니다.

공심 변압기

비자 성 스트립에 권선을 감은 코어 형 변압기입니다. 자속 연결은 다음을 통해 이루어집니다.air as core1 차와 2 차 사이. 다음 이미지는 공심 변압기를 보여줍니다.

장점

  • 이 에어 코어 변압기에서는 히스테리시스 및 와전류 손실이 낮습니다.
  • 소음이 적습니다.

단점

  • 공기 코어 변압기에서 꺼리는 것이 높습니다.
  • 철심 변압기에 비해 공심에서 상호 인덕턴스가 낮습니다.

응용

  • 오디오 주파수 변환기.
  • 고주파 무선 전송.

철심 변압기

철심에 권선을 감은 코어 형 변압기입니다. 자속 연결은 철을 코어 재료로 사용하여 강력하고 완벽하게 만들어집니다. 이것은 일반적으로 실험실에서 볼 수 있습니다. 아래 그림은 철심 변압기의 예를 보여줍니다.

장점

  • 그들은 매우 높은 투자율을 가지고 있습니다.
  • 철심 변압기는 저항이 낮습니다.
  • 상호 인덕턴스가 높습니다.
  • 이 변압기는 매우 효율적입니다.

단점

  • 이들은 에어 코어 변압기에 비해 약간 시끄 럽습니다.
  • 히스테리시스 및 와전류 손실은 에어 코어 변압기보다 약간 더 큽니다.

응용

  • 절연 변압기로.
  • 고주파 무선 전송.

변압기는 사용하는 코어 유형에 따라 분류됩니다. 일부 변압기는 기름에 잠긴 코어를 사용합니다. 이 오일은 다양한 방법으로 외부에서 냉각됩니다. 이러한 변압기는 다음과 같이 명명됩니다.Wet core transformers, 페라이트 코어 변압기, 적층 코어 변압기, 토로 이달 코어 변압기 및 주조 수지 변압기와 같은 다른 것들은 Dry core transformers.

권선 기술의 유형에 따라 우리는 매우 인기있는 또 다른 변압기가 있습니다. Auto transformer.

자동 변압기

이것은 우리 전기 실험실에서 주로 볼 수있는 변압기 유형입니다. 이 자동 변압기는 원래 변압기의 개선 된 버전입니다. 양쪽이 전원과 접지에 연결된 단일 권선이 사용됩니다. 또 다른 가변 태핑은 변압기의 2 차 운동이 형성되어 만들어집니다.

다음 그림은 자동 변압기의 회로를 보여줍니다.

그림에서 볼 수 있듯이 단일 권선은 변압기에서 1 차 및 2 차를 모두 제공합니다. 2 차측에서 다양한 전압 레벨을 선택하기 위해 2 차 권선의 다양한 태핑이 그려집니다.

위에 표시된 1 차 권선은 A에서 C로, 2 차 권선은 B에서 C로, 가변 암 B는 필요한 전압 레벨을 얻기 위해 변경됩니다. 실용적인 자동 변압기는 아래 그림과 같습니다.

샤프트를 위로 회전하면 2 차 전압이 다른 전압 레벨로 조정됩니다. 지점 A와 C에 적용된 전압이 V1이면이 권선의 턴당 전압은

$$Voltage\:per\:turn\:\:=\:\:\frac{V_{1}}{N_{1}}$$

이제 지점 B와 C의 전압은

$$V_{2}\:\:=\:\:\frac{V_{1}}{N_{1}}\:\:\times\:\:N_{2}$$

$$\frac{V_{2}}{V_{1}}\:\:=\:\:\frac{N_{2}}{N_{1}}\:\:=\:\:constant\:(say\:K)$$

이 상수는 자동 변압기의 권선비 또는 전압비에 지나지 않습니다.

응용 분야에 따라 분류되는 변압기가 있습니다. 이러한 변압기의 대부분은 크고 부피가 큽니다. 대부분은 전기 부서에서 사용합니다.

전력 변압기

전력 변압기는 high power transfer applications작동 전압이 일반적으로 200MVA 이상으로 정격 된 33KV 이상인 승압 및 강압 애플리케이션 모두에 적합합니다. 플럭스 밀도는 훨씬 더 높습니다.

적층 코어 변압기, 토로 이달 변압기, 가변 자동 변압기, 다상 변압기, 표유 누설 변압기와 같은 전력 제어 애플리케이션에 사용되는 모든 변압기가이 범주에 속합니다.

이들은 일반적으로 전력 처리 용량 및 응용 분야에 따라 크기가 큽니다. 이 변압기는 3 상 또는 단상 유형으로 제공됩니다. 이 변압기는 부피가 크기 때문에 넓은 개방 공간에 배치됩니다. 이러한 변압기는 전체 부하 애플리케이션에서 100 % 효율을 제공하는 경향이 있습니다.

장점

  • 절연 수준이 높습니다.
  • 소음이 적습니다.
  • 그들은 매우 효율적입니다.
  • 고전력 애플리케이션을 처리하기위한 고전압 정격.

응용

  • 그들은 발전 시스템에 사용됩니다.
  • 그들은 전송 서브 스테이션에서 사용됩니다.

측정 변압기

측정 변압기는 고전압 및 고전류 측정에 사용됩니다. 이들은 대부분 회로를 분리하는 데 도움이됩니다. 일반적으로 변압기의 1 차는 높은 전압 및 전류 입력에 연결되는 반면 변압기의 2 차는 일부 절연을 제공 해야하는 일부 릴레이 또는 회로에 연결됩니다.

주로 두 가지 유형이 있습니다. Current transformersVoltage transformers. 각각을 살펴 보겠습니다.

현재 변압기

변류기는 1 차 회로의 전류에 비례하여 2 차 회로에 전류를 제공합니다. 이들은 보호 계전기 및 측정 목적으로 사용됩니다.

단일 회전 1 차 권선이 잘 절연 된 토로 이달 코어 변압기를 통과합니다.이 변압기는 여러 권선으로 감겨 있습니다. Current Transformer. 이것은 항상 직렬로 연결됩니다.

2 차 권선은 단일 출력을 제공하도록 설계되거나 다른 값에 대해 여러 태핑이있을 수 있습니다. 2 차 권선은 임피던스가 낮은 부하에 연결되고 1 차 권선에는 전류가 흐르도록주의해야합니다. 이는 변압기의 정확도를 영구적으로 손상시킬 수있는 개방 회로 2 차측에서 갑작스러운 고전압을 방지하기위한 것입니다.

전압 변압기

전압 변압기는 1 차 회로의 전압에 비례하여 2 차 회로의 전압을 제공합니다. 이 변압기는Potential Transformers. 이들은 회로에 병렬로 연결됩니다.

이 변압기의 1 차측에는 상간 연결이있을 수 있지만 2 차측에는 접지 대 한 단자가 있습니다. 아래 그림은 변압기의 이미지를 보여줍니다.

변압기에는 세 가지 주요 유형이 있습니다. 그들은

  • Electromagnetic − 플럭스 연결이 양호한 권선 변압기를 사용합니다.

  • Capacitor − 전위 분배기 네트워크가있는 커패시터를 사용합니다.

  • Optical − 광학 재료의 전기적 특성을 사용합니다.

전압 트랜스포머는 보호 계전기 및 측정 목적과 페이저 위상 편이 절연에 사용됩니다.

보호 변압기

이 변압기는 고전압 및 전류로부터 회로를 보호하기 위해서만 사용되기 때문에 측정 변압기보다 매우 정확합니다. 이러한 변압기의 1 차측은 높은 입력으로 연결되는 반면 2 차측 변압기는 회로를 손상시킬 수있는 갑작스런 스파이크 또는 서지로부터 격리 된 회로 또는 릴레이를 유지합니다.

배전 변압기

분배 변압기는 최종 사용자 수준에서 전기 에너지를 분배하는 데 사용됩니다. 작동 전압은 산업용으로 약 33KV이고 가정용은 440v-220v입니다. 이들은 일반적으로 200MVA 이하로 평가됩니다.

배전에 사용되는 대형 3 상 자동 변압기와 오일 냉각 변압기도이 범주에 속합니다. 아래 그림은 배전 변압기의 이미지를 보여줍니다.

이 변압기는 일반적으로 전력 변압기에 비해 크기가 더 작습니다. 이 변압기는 개방되어 있지만 전력 변압기처럼 완전히 부하가되지는 않습니다.

장점

  • 그들은 크기가 작습니다.
  • 설치가 쉽습니다.
  • 이 변압기는 자기 손실이 적습니다.

단점

  • 이 변압기는 효율이 낮습니다.
  • 완전히로드되지 않았습니다.

응용

그들은 주택, 농장 야드, 토지, 철도, 풍력 발전소 등과 같은 다양한 지역에서 전기를 분배하는 데 사용됩니다.

변압기의 1 차측에 약간의 전압이 유도되면 1 차측에서 생성 된 자속이 상호 유도로 인해 2 차측으로 유도되어 2 차측으로 약간의 전압이 생성됩니다. 이 자기장의 강도는 전류가 0에서 최대 값으로 상승함에 따라 축적됩니다.$\mathbf{\frac{d\varphi}{dt}}$.

자속의 자선은 2 차 권선을 통과합니다. 2 차 권선의 권선 수에 따라 유도되는 전압이 결정됩니다. 따라서 유도되는 전압의 양은 다음과 같이 결정됩니다.

$$N\frac{d\varphi}{dt}$$

여기서 N = 2 차 권선의 회전 수

이 유도 전압의 주파수는 1 차 전압의 주파수와 동일합니다. 자기 손실이 높으면 출력 전압의 피크 진폭이 영향을받습니다.

유도 된 EMF

유도 된 EMF와 코일의 권선 수 사이의 관계를 그려 보겠습니다.

이제 1 차 코일과 2 차 코일이 각각 단일 회전을 갖는다 고 가정 해 보겠습니다. 손실없이 1 차측 1 턴에 1 볼트를 적용하면 (이상적인 경우) 생성 된 전류 흐름과 자기장이 2 차측에서 동일한 1 볼트를 유도합니다. 따라서 전압은 양쪽에서 동일합니다.

그러나 자속은 정현파로 변합니다. 즉,

$$\phi\:\:=\:\:\phi_{max} \sin \omega t$$

그러면 유도 EMF와 N 턴 코일 권선 간의 기본 관계는 다음과 같습니다.

$$EMF\:=\:turns\:\:\times\:\:rate\:of\:change$$

$$E\:=\:N \frac{d\phi}{dt}$$

$$E\:=\:N\:\times\:\omega\:\times\: \phi_{max}\:\times\: \cos(\omega t)$$

$$E_{max}\:=\:N \omega \phi_{max}$$

$$E_{rms}\:=\:\frac{N \omega}{\sqrt{2}}\:\times\:\phi_{max}\:=\:\frac{2\pi}{\sqrt{2}}\:\times\:f\:\times\:N\:\times\:\phi_{max}$$

$$E_{rms}\:=\:4.44\:f\:N\:\phi_{max}$$

어디

f = 헤르츠 단위의 자속 주파수 = $\frac{\omega}{2\pi}$

N = 코일 권선 수

∅ = 웨버의 자속 밀도

이것은 Transformer EMF Equation.

교류 플럭스는 2 차 코일에서 전류를 생성하고이 교류 플럭스는 교류 전압에 의해 생성되기 때문에 교류 AC만이 변압기 작동을 도울 수 있다고 말할 수 있습니다. 그 후a transformer doesn’t work on DC.

변압기의 손실

모든 장치는 실제 응용 프로그램에서 거의 손실이 없습니다. 변압기에서 발생하는 주요 손실은 구리 손실, 코어 손실 및 플럭스 누설입니다.

구리 손실

구리 손실은 변압기 권선을 통한 전류 흐름에 의해 생성되는 열로 인한 에너지 손실입니다. 이것들은 "I2R losses”또는“I 제곱 R 손실”은 권선을 통과하는 전류의 제곱에 따라 초당 손실 된 에너지가 증가하고 권선의 전기 저항에 비례하기 때문입니다.

이것은 다음과 같은 방정식으로 쓸 수 있습니다.

$$I_{P} R_{P}\:+\:I_{S} R_{S}$$

어디

  • IP = 1 차 전류

  • RP = 1 차 저항

  • IS = 2 차 전류

  • RS = 2 차 저항

핵심 손실

Core Losses는 Iron Losses. 이러한 손실은 사용 된 핵심 재료에 따라 다릅니다. 두 가지 유형 즉,HysteresisEddy Current losses.

  • Hysteresis Loss− 자속의 형태로 유도 된 AC는 유도 된 AC 전압에 따라 계속 변동 (상승 및 하강 등)하고 방향을 반전시킵니다. 이러한 임의의 변동으로 인해 코어에서 일부 에너지가 손실됩니다. 이러한 손실은 다음과 같이 불릴 수 있습니다.Hysteresis loss.

  • Eddy Current Loss−이 전체 과정이 진행되는 동안 일부 전류는 지속적으로 순환하는 코어에서 유도됩니다. 이러한 전류는 다음과 같은 손실을 일으 킵니다.Eddy Current Loss. 실제로 다양한 자기장은 2 차 권선에서만 전류를 유도한다고 가정합니다. 그러나 근처의 전도 물질에도 전압을 유도하여 에너지 손실을 초래합니다.

  • Flux Leakage− 플럭스 링키지는 필요한 전압을 생성 할만큼 충분히 강하지 만 실제 애플리케이션에서 누출되는 플럭스가있어 에너지 손실이 발생합니다. 이는 낮지 만 고 에너지 응용 분야에서도이 손실을 계산할 수 있습니다.

변압기의 힘

손실이없는 이상적인 변압기를 고려할 때 변압기의 전력은 전압 일 때 제품과 같이 일정합니다. V 현재를 곱한 I 일정합니다.

변압기가 처리하므로 1 차측의 전력이 2 차측의 전력과 같다고 말할 수 있습니다. 변압기가 전압을 승압하면 전류가 감소하고 전압이 강압되면 전류가 증가하여 출력 전력을 일정하게 유지합니다.

따라서 1 차 전력은 2 차 전력과 동일합니다.

$$P_{Primary}\:=\:P_{Secondary}$$

$$V_{P}I_{P}\cos \phi_{P}\:=\:V_{S}I_{S}\cos \phi_{S}$$

어디 P = 1 차 위상 각 및 S = 2 차 위상 각.

변압기의 효율성

변압기의 전력 손실량 또는 강도는 변압기의 효율성을 결정합니다. 효율성은 변압기의 1 차측과 2 차측 간의 전력 손실 측면에서 이해할 수 있습니다.

따라서 1 차 권선의 전원 입력에 대한 2 차 권선의 전력 출력 비율은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다. Efficiency of the transformer. 이것은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:output}{Power\:input}\:\times\:100 \%$$

효율성은 일반적으로 다음과 같이 표시됩니다. η. 위의 방정식은 손실이없고 입력의 전체 에너지가 출력으로 전달되는 이상적인 변압기에 유효합니다.

따라서 손실을 고려하고 실제 조건에서 효율을 계산하면 아래 식을 고려한다.

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:output}{Power\:output\:+\:Copper\:losses\:+\:Core\:losses}\:\times\:100 \%$$

그렇지 않으면 다음과 같이 쓸 수도 있습니다.

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:input\:-\:Losses}{Power\:input}\:\times\:100$$

$$1\:-\:\frac{Losses}{Input\:Power}\:\times\:100$$

입력, 출력 및 손실은 모두 전력, 즉 와트 단위로 표현된다는 점에 유의해야합니다.

0.425ohms의 등가 저항을 갖는 62.5A 전류 정격 인 12KW의 입력 전력을 갖는 변압기를 고려하십시오. 변압기의 효율을 계산하십시오.

Solution −

주어진 데이터

  • 입력 파워 = 12KW
  • 정격 전류 = 62.5A
  • 등가 저항 = 0.425 옴

손실 계산-

정격 전류에서 구리 손실은 I 2 R = (62.5) 2 (0.425) = 1660W입니다.

우리는

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:input\:-\:Losses}{Power\:input}\:\times\:100$$

그 후,

$$\eta\:=\:\frac{12000\:-\:1660}{12000}\:\times\:100$$

$$\eta\:=\:\frac{10340}{12000}\:\times\:100$$

$$\eta\:=\:0.861\:\times\:100\:=\:86 \%$$

따라서 변압기의 효율은 86 %입니다.

다양한 구성 요소에 대해 알게 된 후 전자 분야의 또 다른 중요한 구성 요소 인 Diode. 반도체 다이오드는 PN 접합이있는 2 단자 전자 부품입니다. 이것은 또한Rectifier.

그만큼 anode 그것은 positive terminal 다이오드의 A 그리고 cathode, 즉 negative terminal 로 표현된다 K. 실용적인 다이오드의 양극과 음극을 알기 위해 다이오드에 미세한 선이 그려져 있는데 이는 음극을 의미하고 다른 쪽 끝은 양극을 나타냅니다.

P 형 및 N 형 반도체와 캐리어의 동작에 대해 이미 논의했듯이 이제 이러한 물질을 결합하여 어떤 일이 발생하는지 살펴 보겠습니다.

다이오드의 형성

아래 그림과 같이 P 형과 N 형 재료를 서로 가까이 가져 가면 둘 다 결합하여 접합을 형성합니다.

P 형 재료는 holesmajority carriers N 형 재료는 electronsmajority carriers. 반대 전하가 끌 리면 P 형의 정공이 n 측으로가는 경향이있는 반면 N 형의 전자는 P 측으로가는 경향이 있습니다.

둘 다 접합부를 향해 이동함에 따라 정공과 전자가 서로 재결합하여 이온을 중화하고 형성합니다. 이제이 접합부에는 그림과 같이 PN 접합 또는 접합 장벽이라고하는 양이온과 음이온이 형성되는 영역이 있습니다.

P 측에 음이온이 형성되고 N 측에 양이온이 형성되면 PN 접합의 양쪽에 좁은 전하 영역이 형성됩니다. 이 영역은 이제 이동식 전하 캐리어가 없습니다. 여기에 존재하는 이온은 고정되어 있으며 전하 캐리어없이 이들 사이의 공간 영역을 유지합니다.

이 영역이 P 형과 N 형 재료 사이의 장벽 역할을하므로이를 Barrier junction. 이것은 다음과 같은 다른 이름이 있습니다.Depletion region두 지역 모두 고갈된다는 의미입니다. 이온 형성으로 인해 전위차 VD가 발생합니다.Potential Barrier 접합부를 통한 정공과 전자의 추가 이동을 방지하기 때문입니다.

다이오드 바이어스

다이오드 또는 2 단자 구성 요소가 회로에 연결되면 주어진 전원에 대해 두 가지 바이어스 조건이 있습니다. 그들은Forward biased 조건 및 Reverse biased질환. 자세히 알려주십시오.

순방향 바이어스 조건

다이오드가 회로에 연결되면 anode to the positive 터미널 및 cathode to the negative 공급의 단자, 그런 연결은 forward biased질환. 이러한 종류의 연결은 회로를 점점 더 순방향으로 바이어스하고 더 많은 전도를 돕습니다. 다이오드는 순방향 바이어스 상태에서 잘 작동합니다.

역 바이어스 조건

다이오드가 회로에 연결되면 anode to the negative 터미널 및 cathode to the positive 공급의 단자, 그런 연결은 Reverse biased질환. 이러한 종류의 연결은 회로를 점점 더 역방향으로 바이어스하고 전도를 최소화하고 방지하는 데 도움이됩니다. 다이오드는 역 바이어스 상태에서 전도 할 수 없습니다.

이제 다이오드가 순방향 바이어스 및 역방향 바이어스 조건으로 연결되면 어떤 일이 발생하는지 알아 보겠습니다.

순방향 바이어스에서 작업

전위 장벽을 상쇄하고 전류의 흐름을 허용하도록 다이오드에 외부 전압을 가하면 다음과 같이 호출됩니다. forward bias. 양극과 음극이 각각 양극 및 음극 단자에 연결되면 P 형의 정공과 N 형의 전자가 접합부를 가로 질러 이동하여 장벽을 깨는 경향이 있습니다. 이것으로 자유로운 전류 흐름이 존재하여 장벽을 거의 제거합니다.

양극 단자가 정공에, 음극 단자가 전자에 반발력을 제공하면 접합부에서 재결합이 발생합니다. 공급 전압은 장벽을 통해 전자와 정공의 이동을 강제하고이를 가로 질러 제공 할 수있을 정도로 높아야합니다.forward current.

순방향 전류는 순방향 바이어스 상태에서 작동 할 때 다이오드에서 생성되는 전류이며 다음과 같이 표시됩니다. If.

역 바이어스에서 작업

다이오드에 외부 전압을 가하여 전위 장벽을 높이고 전류 흐름을 제한하는 것을 다음과 같이 부릅니다. Reverse bias. 양극과 음극이 각각 음극 및 양극 단자에 연결되면 전자는 양극 단자로 끌리고 홀은 음극 터미널로 끌립니다. 따라서 둘 다 잠재적 장벽에서 멀어 질 것입니다.increasing the junction resistance 전자가 접합부를 가로 지르는 것을 방지합니다.

다음 그림은이를 설명합니다. 필드가 적용되지 않았거나 일부 외부 필드가 적용될 때 전도 그래프도 그려집니다.

역방향 바이어스가 증가함에 따라 접합에는 접합부를 통과 할 소수 캐리어가 거의 없습니다. 이 전류는 일반적으로 무시할 수 있습니다. 이 역전 류는 온도가 일정 할 때 거의 일정합니다. 그러나이 역 전압이 더 증가하면reverse breakdown occurs, 눈사태가 접합부를 통해 흐르는 곳. 이 높은 역전 류는 장치를 손상시킵니다.

Reverse current 역 바이어스 상태에서 작동 할 때 다이오드에서 생성되는 전류이며 다음과 같이 표시됩니다. Ir. 따라서 다이오드는 역방향 바이어스 상태에서 높은 저항 경로를 제공하고 전도하지 않습니다. 여기서 순방향 바이어스 상태에서 낮은 저항 경로를 제공하고 전도합니다. 따라서 다이오드는 순방향 바이어스에서 전도하고 역방향 바이어스에서 절연체로 작동하는 단방향 장치라는 결론을 내릴 수 있습니다. 이 동작은 AC를 DC로 변환하는 정류기로 작동합니다.

피크 역 전압

피크 역 전압은 곧 PIV. 역 바이어스에서 적용되는 최대 전압을 나타냅니다. 피크 역 전압은 "The maximum reverse voltage that a diode can withstand without being destroyed”. 따라서이 전압은 역 바이어스 상태에서 고려됩니다. 역방향 바이어스에서 다이오드를 안전하게 작동 할 수있는 방법을 나타냅니다.

다이오드의 목적

다이오드는 한 방향, 즉 순방향으로 전류 흐름을 차단하고 역방향으로 차단하는 데 사용됩니다. 이 다이오드의 원리는Rectifier.

전류는 한 방향으로 흐르고 다른 방향으로 멈추는 회로의 경우 정류기 다이오드가 최선의 선택입니다. 그래서output 될거야 DCAC 구성 요소 제거. 반파 및 전파 정류기와 같은 회로는 다이오드를 사용하여 만들어지며Electronic Circuits 튜토리얼.

다이오드는 또한 Switch. 빠른 속도로 발생해야하는 출력에 대해 더 빠른 ON 및 OFF를 지원합니다.

V-다이오드의 I 특성

PN 접합 다이오드의 실제 회로 배열은 다음 그림과 같습니다. 전류계는 직렬로 연결되고 전압계는 병렬로 연결되며 공급은 가변 저항을 통해 제어됩니다.

작동 중에 다이오드가 특정 전압에서 순방향 바이어스 상태에 있으면 전위 장벽이 제거됩니다. 이러한 전압을Cut-off Voltage 또는 Knee Voltage. 순방향 전압이 한계를 초과하면 순방향 전류가 기하 급수적으로 상승하고 이보다 더 많이 수행되면 과열로 인해 장치가 손상됩니다.

다음 그래프는 순방향 및 역방향 바이어스 조건에서 다이오드 전도 상태를 보여줍니다.

역방향 바이어스 동안 소수 캐리어를 통해 생성 된 전류는“Reverse current”. 역 전압이 증가하면이 역전 류가 증가하고 갑자기 한 지점에서 고장이 나면서 접합부가 영구적으로 파괴됩니다.

사용되는 주파수, 작동 및 구성, 애플리케이션 등과 같은 여러 요인에 따라 여러 유형의 다이오드가 있습니다. 그중 몇 가지만 살펴 보겠습니다.

접합 다이오드

접합 다이오드는 일반 PN 접합 다이오드이지만 구조가 다릅니다. 다음 그림과 같이 세 가지 유형의 접합 다이오드가 있습니다.

정류기 다이오드

이 다이오드는 일반 PN 접합 다이오드로, 전류가 한 방향으로 만 흐르고 다른 방향으로 멈출 수 있습니다. 이 다이오드는 교류를 직류로 변환하기 위해 정류기 회로에 사용됩니다.

위의 그림에서 금속 돌출부가있는 동일한 정류기 다이오드를 볼 수 있습니다. 이것은 때때로 다이오드에 영향을 미칠 수있는 열 분포를 최소화하기 위해 다이오드에 추가됩니다. 이러한 금속 돌출은 다음과 같이 불립니다.Heat sink. 이는 다이오드 성능 향상에 도움이되며 다이오드는 영향을받지 않고 고전력을 견딜 수 있습니다.

다음과 같은 회로가 있습니다. Half wave rectifierFull wave rectifier이 다이오드를 사용하는 회로. 이러한 회로는 전자 회로 자습서에서 설명합니다. 이러한 정류기 회로는 해당 회로 애플리케이션을 위해 교류 입력 전류를 직류로 변환해야하는 많은 회로의 전원 공급 장치 섹션에 사용됩니다.

제너 다이오드

이것은 순방향뿐만 아니라 역방향으로 전류 흐름을 허용하는 특별한 종류의 다이오드입니다. 역방향 바이어스에서 작동하는 일반 다이오드는 특정 값 이상의 역전 류가 통과하면 손상됩니다. 이 "특정 값"을Breakdown voltage.

제너 다이오드의 항복 전압은 매우 낮습니다. 그러나this diode allows the reverse current to pass through it, once this breakdown voltage is exceeded. 그 항복 전압은Zener Voltage. 따라서 제너 전압 이상의 역전 류가 제너 다이오드를 통과 할 때 다이오드를 손상시키지 않는 제어 된 항복이 있습니다.

역 바이어스의 제너 다이오드는 제어 된 항복 전압을 나타내며 전류 흐름이 해당 제너 다이오드의 전압 값을 제너 항복 전압 값에 가깝게 유지하도록합니다. 이 제너 항복 전압 값은 특정 애플리케이션에 대해 제너 다이오드를 선택하도록합니다.

Avalanche diode제너 다이오드와 유사한 특성을 가진 또 다른 다이오드입니다. 눈사태 항복은 전압 강하가 일정하고 전류와 무관 할 때 전체 PN 접합에서 발생합니다. 이 애벌랜치 다이오드는 광 검출에 사용됩니다.

제너 다이오드의 VI 특성

제너 다이오드의 VI 특성은 순방향 바이어스에서 작동 할 때 모든 다이오드에서 일반적입니다. 그러나 제너 다이오드의 역 바이어스 동작은 고려하는 것이 매우 중요합니다. 그래프를 살펴 보겠습니다.

역 바이어스 연산에서 구부러진 부분이 표시되는 지점은 Zener breakdown voltage, 그 후에 다이오드는 그것을 통해 높은 역전 류를 허용합니다. 이 제너 전압은 다음과 같이 표시됩니다.VZ. 이 놀라운 품질의 제너 다이오드는 가장 신뢰할 수있는 다이오드가되었으며 많은 응용 분야를 가지고 있습니다.

제너 다이오드의 응용

이 다이오드는-

  • 주로 전압 조정기로 사용됩니다.
  • 트랜지스터 바이어스 회로에 고정 기준 전압을 제공합니다.
  • 파형 형성 회로의 피크 클리핑 또는 제한에 사용됩니다.
  • 많은 회로에서 서지 보호기로 사용됩니다.
  • 우발적 인 적용으로 인한 손상으로부터 미터를 보호합니다.

스위칭 다이오드

이것은 특히 스위칭 목적으로 설계된 일반 단일 PN 접합 다이오드입니다. 이 다이오드는 고 저항과 저 저항의 두 가지 상태를 명확하게 나타낼 수 있으며 교대로 사용할 수 있습니다.

이 다이오드의 접합 커패시턴스는 다른 효과를 최소화하기 위해 매우 낮게 만들어졌습니다. 스위칭 속도는 상당히 높습니다. 다이오드의 저항이 높으면 개방 스위치로 작동하고 낮은 저항 동안에는 폐쇄 스위치로 작동합니다. 이 전환은 일반 다이오드보다 스위칭 다이오드에서 더 빠른 속도로 발생합니다.

스위칭 다이오드의 응용

이들은 다음과 같은 많은 응용 프로그램이 있습니다-

  • 고속 정류 회로에 사용
  • 링 변조기에 사용
  • 무선 주파수 수신기에 사용
  • 역 극성 보호기로 사용
  • 범용 및 고속 스위칭 애플리케이션 모두에 사용

특별한 목적을 위해 설계된 다이오드는 거의 없습니다. 과도 전압 억제 다이오드, 금 도핑 다이오드, 슈퍼 배리어 다이오드, 포인트 콘택트 다이오드, 펠티에 다이오드 등과 같은 종류가 많이 있습니다. 그러나이 외에도 많은 응용 분야를 가진 저명한 다이오드가 거의 없습니다. 그들을 살펴 보자.

버 랙터 다이오드

접합 다이오드는 공핍 영역이 유전체 역할을 할 수있는 양쪽에 두 개의 전위가 있습니다. 따라서 커패시턴스가 있습니다. Varactor 다이오드는 정션 커패시턴스가 변하는 역 바이어스에서 작동하는 특수 케이스 다이오드입니다.

Varactor 다이오드는 Vari Cap 또는 Volt Cap. 다음 그림은 역 바이어스로 연결된 Varactor 다이오드를 보여줍니다.

적용된 역 전압이 증가하면 width 유전체 영역의 increases, 어느 reduces 그만큼 junction capacitance. 역 전압이 감소하면 유전체의 폭이 감소하여 커패시턴스가 증가합니다. 이 역 전압이 완전히 null이면capacitance 그것의 것입니다 maximum.

다음 그림은 기능을 나타내는 Varactor 다이오드에 사용되는 다양한 기호를 보여줍니다.

모든 다이오드에이 접합 커패시턴스가 있지만 Varactor 다이오드는 주로이 효과를 사용하고이 접합 커패시턴스의 변동을 증가시키기 위해 제조됩니다.

Varactor 다이오드의 응용

이 다이오드는-

  • 전압 가변 커패시터로 사용됩니다.
  • 가변 LC 탱크 회로에 사용됩니다.
  • 자동 주파수 제어로 사용됩니다.
  • 주파수 변조기로 사용됩니다.
  • RF 위상 시프터로 사용됩니다.
  • 국부 발진기 회로에서 주파수 배율기로 사용됩니다.

터널 다이오드

정상적인 PN 접합의 불순물 농도가 크게 증가하면 Tunnel diode로 이루어져. 그것은 또한 알려져 있습니다Esaki diode, 발명가 이후.

다이오드의 불순물 농도가 증가하면 공핍 영역의 폭이 감소하여 전하 캐리어에 추가 힘이 가해져 접합부를 통과합니다. 이 농도가 더 증가하면 공핍 영역의 폭이 줄어들고 전하 캐리어의 에너지가 증가하여 전위 장벽 위로 올라가는 대신 전위 장벽을 통과합니다. 이 침투는 다음과 같이 이해할 수 있습니다.Tunneling 따라서 이름, Tunnel diode.

터널 다이오드는 저전력 장치이며 열과 정전기에 쉽게 영향을 받기 때문에주의해서 다루어야합니다. 터널 다이오드에는 작동을 설명하는 특정 VI 특성이 있습니다. 아래 그래프를 살펴 보겠습니다.

다이오드가 forward-biased condition. 순방향 전압이 증가함에 따라 전류는 빠르게 증가하고 다음과 같은 피크 포인트까지 증가합니다.Peak Current,로 표시 IP. 이 시점의 전압은Peak Voltage,로 표시 VP. 이 점은A 위의 그래프에서.

전압이 더 증가하면 VP, 그러면 전류가 감소하기 시작합니다. 다음과 같은 지점까지 감소합니다.Valley Current,로 표시 IV. 이 시점의 전압은Valley Voltage,로 표시 VV. 이 점은B 위의 그래프에서.

전압이 더 증가하면 일반 다이오드 에서처럼 전류가 증가합니다. 더 큰 순방향 전압 값의 경우 전류가 더 많이 증가합니다.

다이오드가 reverse-biased condition, 다이오드는 역 전압이 증가함에 따라 우수한 도체 역할을합니다. 여기서 다이오드는 음의 저항 영역으로 작동합니다.

터널 다이오드의 응용

다음과 같은 터널 다이오드에 대한 많은 응용 프로그램이 있습니다.

  • 고속 스위칭 장치로 사용
  • 메모리 저장 장치로 사용
  • 마이크로파 발진기에 사용
  • 이완 발진기에 사용

쇼트 키 다이오드

이것은 PN 접합이 금속 반도체 접합으로 대체되는 특수한 유형의 다이오드입니다. 일반 PN 접합 다이오드의 P 형 반도체는 금속으로 대체되고 N 형 재료는 금속에 접합됩니다. 이 조합에는 그들 사이에 고갈 영역이 없습니다. 다음 그림은 쇼트 키 다이오드와 그 기호를 보여줍니다.

이 쇼트 키 다이오드에 사용되는 금속은 금,은, 백금 또는 텅스텐 등일 수 있습니다. 또한 실리콘 이외의 반도체 재료로는 갈륨 비소가 주로 사용됩니다.

조작

전압이 적용되지 않거나 회로가 바이어스되지 않은 경우 N 형 물질의 전자는 금속의 전자보다 에너지 수준이 낮습니다. 다이오드가 순방향 바이어스되면 N 유형의 이러한 전자는 약간의 에너지를 얻고 더 높은 에너지로 이동합니다. 따라서 이러한 전자는Hot Carriers.

다음 그림은 회로에 연결된 쇼트 키 다이오드를 보여줍니다.

장점

다음과 같은 쇼트 키 다이오드의 많은 장점이 있습니다-

  • 단극 장치이므로 역전 류가 형성되지 않습니다.
  • 순방향 저항이 낮습니다.
  • 전압 강하는 매우 낮습니다.
  • Schottky 다이오드를 사용하면 정류가 빠르고 쉽습니다.
  • 공핍 영역이 없으므로 접합 커패시턴스가 없습니다. 따라서 다이오드는 빠르게 OFF 위치에 도달합니다.

응용

다음과 같은 쇼트 키 다이오드의 많은 응용이 있습니다-

  • 검출기 다이오드로 사용
  • 전력 정류기로 사용
  • RF 믹서 회로에 사용
  • 전원 회로에 사용
  • 클램핑 다이오드로 사용

이들은 빛에서 작동하는 다이오드입니다. "Opto"라는 단어는Light. 빛의 강도에 따라 전도하는 유형과 전도가 약간의 빛을 전달하는 다른 유형이 있습니다. 각 유형에는 고유 한 응용 프로그램이 있습니다. 이 중에서 눈에 띄는 유형에 대해 논의하겠습니다.

일부 다이오드는 빛의 강도에 따라 전도됩니다. 이 범주에는 두 가지 주요 유형의 다이오드가 있습니다. 그들은 포토 다이오드와 태양 전지입니다.

포토 다이오드

이름에서 알 수 있듯이 포토 다이오드는 빛에 작용하는 PN 접합입니다. 빛의 강도는이 다이오드의 전도 수준에 영향을줍니다. 포토 다이오드는 P 형 재료와 N 형 재료로intrinsic 재료 또는 depletion region 사이.

이 다이오드는 일반적으로 reverse bias질환. 공핍 영역에 빛이 집중되면 전자-정공 쌍이 형성되고 전자의 흐름이 발생합니다. 이 전자 전도는 집중된 빛의 강도에 따라 달라집니다. 아래 그림은 실용적인 포토 다이오드를 보여줍니다.

아래 그림은 포토 다이오드의 기호를 나타냅니다.

다이오드가 역 바이어스로 연결되면 열적으로 생성 된 전자 정공 쌍으로 인해 작은 역 포화 전류가 흐릅니다. 역방향 바이어스의 전류가 소수 캐리어로 인해 흐르기 때문에 출력 전압은이 역방향 전류에 따라 달라집니다. 접합부에 집중된 광도가 증가함에 따라 소수 캐리어로 인한 전류 흐름이 증가합니다. 다음 그림은 포토 다이오드의 기본 바이어스 배열을 보여줍니다.

포토 다이오드는 빛이 그 위로 떨어질 수 있도록 유리 패키지에 캡슐화되어 있습니다. 다이오드의 공핍 영역에 정확히 빛의 초점을 맞추기 위해 위에서 설명한대로 렌즈를 접합부 위에 배치합니다.

빛이 없을 때에도 소량의 전류가 흐릅니다. Dark Current. 조명 레벨을 변경하여 역전 류를 변경할 수 있습니다.

포토 다이오드의 장점

포토 다이오드에는 다음과 같은 많은 장점이 있습니다.

  • 작은 소음
  • 높은 이득
  • 고속 작동
  • 빛에 대한 높은 감도
  • 저렴한 비용
  • 작은 크기
  • 긴 수명

포토 다이오드의 응용

다음과 같은 포토 다이오드에 대한 많은 응용 프로그램이 있습니다.

  • 캐릭터 감지
  • 물체를 감지 할 수 있습니다 (가시 또는 보이지 않음).
  • 높은 안정성과 속도가 필요한 회로에 사용됩니다.
  • 복조에 사용
  • 스위칭 회로에 사용
  • 인코더에서 사용
  • 광통신 장비에 사용

이러한 종류의 또 다른 다이오드는 태양 전지입니다. 다이오드이지만 셀이라고합니다. 세부 사항을 살펴 보겠습니다.

태양 전지

광 의존 다이오드에는 일반 PN 접합 다이오드이지만 전자의 흐름으로 변환되는 광자의 돌진에 의해 전도되는 태양 전지가 포함됩니다. 이것은 포토 다이오드와 유사하지만 최대 입사광을 에너지로 변환하고 저장하는 또 다른 목적이 있습니다.

아래 그림은 태양 전지의 상징을 나타냅니다.

태양 전지는 다이오드이지만 에너지의 저장을 나타내는 이름과 기호가 있습니다. 더 많은 에너지를 추출하고 저장하는 기능은 태양 전지에 집중되어 있습니다.

태양 전지 건설

삭제 영역에 고유 재료가있는 PN 접합 다이오드는 유리에 캡슐화되도록 만들어집니다. 빛은 최소한의 저항으로 최대한의 빛을 모으기 위해 상단에 얇은 유리를 사용하여 가능한 최대 영역에 입사시킵니다.

다음 그림은 태양 전지의 구성을 보여줍니다.

빛이 태양 전지에 입사하면 빛의 광자가 원자가 전자와 충돌합니다. 전자는 에너지를 받아 부모 원자를 떠납니다. 따라서 전자의 흐름이 생성되고이 전류는 태양 전지에 집중된 빛의 강도에 정비례합니다. 이 현상을Photo-Voltaic effect.

다음 그림은 태양 전지의 모양과 여러 개의 태양 전지가 함께 만들어져 태양 전지판을 형성하는 방법을 보여줍니다.

포토 다이오드와 태양 전지의 차이점

Photo Diode는 출력에서 ​​더 많은 전력을 제공하는 것보다 더 빠르게 작동하고 스위칭에 집중합니다. 이 때문에 커패시턴스 값이 낮습니다. 또한 광 에너지의 입사 면적은 응용 분야에 따라 포토 다이오드에서 더 적습니다.

태양 전지는 고출력 에너지를 전달하고 에너지를 저장하는 데 집중합니다. 이것은high capacitance값. 작동은 포토 다이오드보다 약간 느립니다. 태양 전지의 용도에 따라 광의 입사 면적이 포토 다이오드보다 크다.

태양 전지의 응용

다음과 같은 태양 전지에 대한 많은 응용 프로그램이 있습니다-

Science and Technology

  • 위성용 태양 광 패널에 사용
  • 원격 측정에 사용
  • 원격 조명 시스템 등에 사용됩니다.

Commercial Use

  • 전기 저장 용 태양 전지판에 사용
  • 휴대용 전원 공급 장치 등에 사용됩니다.
  • 태양열을 이용한 요리, 난방 등 가정용으로 사용

Electronic

  • Watches
  • Calculators
  • 전자 완구 등

일부 다이오드는 적용된 전압에 따라 빛을 방출합니다. 이 범주에는 두 가지 주요 유형의 다이오드가 있습니다. 그들은 LED와 레이저 다이오드입니다.

LED (발광 다이오드)

이것은 우리 일상 생활에서 가장 많이 사용되는 다이오드입니다. 이것은 또한 실리콘과 게르마늄 대신 갈륨 비소, 갈륨 비소 인화물과 같은 재료가 구조에 사용된다는 점을 제외하고는 일반적인 PN 접합 다이오드입니다.

아래 그림은 발광 다이오드의 기호를 보여줍니다.

일반 PN 접합 다이오드와 같이 순방향 바이어스 상태로 연결되어 다이오드가 전도됩니다. 전도는 전도대의 자유 전자가 원자가 대의 정공과 결합 할 때 LED에서 발생합니다. 이 재조합 과정은light. 이 과정을Electroluminescence. 방출되는 빛의 색상은 에너지 밴드 사이의 간격에 따라 다릅니다.

사용 된 재료는 또한 인화 갈륨이 빨간색 또는 노란색을 방출하고 인화 갈륨이 빨간색 또는 녹색을 방출하며 질산 갈륨이 파란색을 방출하는 것과 같은 색상에 영향을 미칩니다. 갈륨 비소는 적외선을 방출합니다. 비가 시적 적외선 용 LED는 주로 리모콘에 사용됩니다.

다음 그림은 다양한 색상의 실용적인 LED가 어떻게 생겼는지 보여줍니다.

위 그림의 LED는 편평한면과 구부러진면이 있으며, 편평한면의 리드는 다른 것보다 짧게 만들어져 짧은 것이 Cathode 또는 음극 단자이고 다른 하나는 Anode 또는 포지티브 터미널.

LED의 기본 구조는 아래 그림과 같습니다.

위의 그림과 같이 전자가 정공으로 점프하면 에너지가 빛의 형태로 저절로 소멸됩니다. LED는 전류 종속 장치입니다. 출력 광도는 다이오드를 통과하는 전류에 따라 달라집니다.

LED의 장점

다음과 같은 LED의 많은 장점이 있습니다-

  • 고효율
  • 고속
  • 높은 신뢰성
  • 낮은 열 방출
  • 더 긴 수명
  • 저렴한 비용
  • 쉽게 제어 및 프로그래밍 가능
  • 높은 수준의 밝기와 강도
  • 저전압 및 전류 요구 사항
  • 필요한 배선 감소
  • 낮은 유지비
  • UV 방사선 없음
  • 즉각적인 조명 효과

LED의 응용

다음과 같은 LED에 대한 많은 응용 프로그램이 있습니다.

In Displays

  • 특히 7 세그먼트 디스플레이에 사용
  • 디지털 시계
  • 전자 레인지
  • 교통 신호
  • 철도 및 공공 장소의 디스플레이 보드
  • Toys

In Electronic Appliances

  • 스테레오 튜너
  • Calculators
  • DC 전원 공급 장치
  • 증폭기의 켜짐 / 꺼짐 표시기
  • 전원 표시기

Commercial Use

  • 적외선 판독 가능 기계
  • 바코드 판독기
  • 솔리드 스테이트 비디오 디스플레이

Optical Communications

  • 광 스위칭 애플리케이션에서
  • 수동 도움말을 사용할 수없는 광 커플 링용
  • FOC를 통한 정보 전송
  • 이미지 감지 회로
  • 도난 경보기
  • 철도 신호 기술
  • 도어 및 기타 보안 제어 시스템

LED가 많은 장점과 응용 프로그램을 가지고있는 것처럼 레이저 다이오드라는 또 다른 중요한 다이오드가 있습니다.이 다이오드 역시 많은 고급 기능과 미래의 범위를 가지고 있습니다. 레이저 다이오드에 대해 논의하겠습니다.

레이저 다이오드

Laser Diode는 동종의 또 다른 인기있는 다이오드입니다. 이것은 빛을 방출하지만 자극 된 과정을 가진 광학 다이오드입니다. 이름LASER 암시 Light A증폭 S타이밍 E사명 Radiation.

자극 방출

광선이 입사하면 동작이 시작되는 PN 접합 다이오드입니다. 광선을 사용하면 광자가 원자에 입사하면 원자가 여기되어 상위 수준에 도달합니다.Higher Energy Level.

더 높은 에너지 수준에서 a로 이동할 때 원자 Lower Energy Level, 출시 two photons 그것은 similar in characteristics 입사 광자에 equal phase그것에. 이 과정을Stimulated Emission. 원자는 일반적으로이 흥분 상태에 머물 수 있습니다.10-8 secs 시간.

따라서 위의 과정은 레이저 다이오드의 원리를 설정합니다.

레이저 다이오드의 원리

광자가 원자에 입사 할 때마다 그 원자는 낮은 에너지 상태에서 높은 에너지 상태로 여기되고이 과정에서 두 개의 광자가 방출됩니다. 사실, 원자는 일반적으로이 들뜬 상태에 머물 수 있습니다.10-8초. 그래서 증폭을 달성하기 위해,이 들뜬 과정 동안 원자는 다음과 같은 다른 상태에 놓이게됩니다.Meta Stable State 높은 에너지 수준보다 낮고 낮은 에너지 수준보다 높습니다.

원자는이 메타 안정 상태에 머물 수 있습니다. 10-3초. 이로부터 원자가 더 낮은 상태에 도달하는 동안 두 개의 광자가 방출됩니다. 더 많은 수의 원자가 여기 상태에 있다면, 광자가 원자에 부딪히기 전에 우리는Lasing Effect.

이 과정에서 이해해야 할 두 가지 용어가 있습니다. 낮은 에너지 상태 또는 바닥 상태보다 메타 안정 상태에서 더 많은 수의 원자를 갖는 것을 다음과 같이 부릅니다.Population inversion. 그런 다음 원자가 낮은 에너지 상태에서 높은 에너지 상태로 보내서 인구 반전을 달성하도록하는 에너지를 다음과 같이 호출합니다.Pumping. 이것은Optical pumping.

장점

다음과 같은 레이저 다이오드의 많은 장점이 있습니다-

  • 레이저 다이오드에 사용되는 전력은 훨씬 적습니다.
  • 더 높은 ON / OFF 스위칭 속도
  • 더 컴팩트
  • 저렴
  • 레이저 발생기보다 저렴합니다.
  • 감전 가능성이 적습니다.

단점

다음과 같은 레이저 다이오드의 몇 가지 단점이 있습니다.

  • 더 많은 발산 광선으로 인해 품질이 좋지 않습니다.
  • LED에 비해 수명이 짧습니다.
  • 불안정한 전원 공급 장치로 인해 손상되기 쉽습니다.

응용

다음과 같은 레이저 다이오드의 많은 응용이 있습니다-

  • 펌프 레이저 및 종자 레이저로 사용

  • 광학 데이터 저장 장치에 사용

  • 레이저 프린터 및 레이저 팩스기에 사용

  • 레이저 포인터에 사용

  • 바코드 판독기에 사용

  • DVD 및 CD 드라이브에 사용됩니다.

  • HD DVD 및 BLU RAY 기술에 사용

  • 열처리, 클래딩, 심 용접 등과 같은 많은 산업 목적을 가지고 있습니다.

  • 데이터 연결 및 전송과 같은 통신 기술에서 많은 용도를 가지고 있습니다.

이 모든 것을 살펴본 후 몇 가지 용어를 이해하려고 노력합시다.

구성 요소

  • 구성 요소는 전자 제품의 개별 기본 요소입니다.
  • 그들은 구조와 관련하여 다른 속성을 가지고 있습니다.
  • 모든 구성 요소에는 다른 응용 프로그램이 있습니다.

Ex − 저항기, 커패시터, 다이오드 등

회로

  • 회로는 다양한 구성 요소의 네트워크입니다.
  • 회로의 구성 요소는 모두 의도 된 목적을 유지합니다.
  • 회로가 활성화되어야하는 경우 전원을 포함해야합니다.

Ex − 클리퍼 및 클램퍼 회로, 증폭기 회로, 릴레이 회로 등

장치

  • 장치는 서로 다른 회로로 구성된 장비입니다.

  • 장치의 모든 회로는 장치가 목적에 맞게 작동하도록 도와줍니다.

  • 장치는 신호 측정, 신호 생성, 결과 제어 또는 회로 보호 등에 사용될 수 있습니다.

Ex − CRO, 함수 발생기 등

솔리드 스테이트 장치

이전에는 열 이온 원리로 작동하고 내부에 진공이 채워진 진공관이있었습니다. 오늘날의 구성 요소보다 크기가 더 컸습니다. 이 진공관은 반도체 장치로 대체되었습니다.Solid state devices.

활성 장치

전류 흐름을 제어 할 수있는 장치 (또는 정확하게 구성 요소)를 활성 장치라고 할 수 있습니다.

  • 전도에 들어가려면 입력 전원 공급 장치가 필요합니다.
  • 이러한 구성 요소의 작동은 회로의 동작을 정의합니다.

Ex − 진공관, 다이오드, 트랜지스터, SCR

수동 장치

전류 흐름을 제어 할 수없는 장치 (또는 정확하게 구성 요소)를 수동 장치라고 할 수 있습니다.

  • 작동하는 데 입력 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다.
  • 이러한 구성 요소의 작동은 회로의 동작을 약간 변경합니다.

Ex − 저항기, 커패시터, 인덕터 등

도핑

전자를 추가하거나 정공을 생성하여 반도체 재료의 특성을 변경하는 과정은 더 많은 양으로 만들거나 더 많은 음으로 만들어서 다음과 같이 이해할 수 있습니다. Doping.

다이오드의 응용 분야에는 클리퍼 및 클램퍼 회로에서 시작하는 많은 회로가 포함되며 이는 전자 회로 자습서에서 설명합니다.

단일 PN 접합 인 다이오드의 작동에 대해 잘 알고 나면 두 개의 PN 접합을 연결하여 새로운 구성 요소를 Transistor. ㅏTransistor 전류 또는 전압 흐름을 조절하고 신호에 대한 스위치 또는 게이트 역할을하는 3 단자 반도체 장치입니다.

트랜지스터가 필요한 이유는 무엇입니까?

원하는 신호를 포착하는 FM 수신기가 있다고 가정합니다. 수신 된 신호는 여정 중에 직면하게되는 장애로 인해 분명히 약합니다. 이제이 신호를있는 그대로 읽으면 공정한 출력을 얻을 수 없습니다. 그러므로 우리는 신호를 증폭해야합니다.Amplification 신호 강도를 높이는 것을 의미합니다.

이것은 단지 예입니다. 신호 강도를 높여야하는 경우 증폭이 필요합니다. 이것은 트랜지스터에 의해 수행됩니다. 트랜지스터는 또한switch사용 가능한 옵션 중에서 선택합니다. 또한regulates 들어오는 current and voltage 신호의.

트랜지스터의 구조적 세부 사항

트랜지스터는 두 개의 다이오드를 연속적으로 연결하여 형성된 3 단자 솔리드 스테이트 장치입니다. 따라서 그것은 가지고있다two PN junctions. 그 안에 존재하는 세 개의 반도체 재료에서 세 개의 단자가 그려집니다. 이 유형의 연결은 두 가지 유형의 트랜지스터를 제공합니다. 그들은PNPNPN 즉, 두 P 형 사이의 N 형 재료를 의미하고 다른 하나는 각각 두 N 형 사이의 P 형 재료를 의미합니다.

트랜지스터의 구성은 위에서 논의한 아이디어를 설명하는 다음 그림과 같습니다.

트랜지스터에서 가져온 세 개의 단자는 Emitter, Base 및 Collector 단자를 나타냅니다. 아래에서 설명하는 기능이 있습니다.

이미 터

  • 위에 표시된 구조의 왼쪽은 다음과 같이 이해 될 수 있습니다. Emitter.

  • 이것은 moderate size 그리고 heavily doped 주요 기능은 supply 다수 majority carriers, 즉 전자 또는 정공.

  • 이것은 전자를 방출하므로 Emitter라고합니다.

  • 이것은 단순히 문자로 표시됩니다. E.

베이스

  • 위 그림의 중간 소재는 Base.

  • 이것은 thinlightly doped.

  • 주요 기능은 pass 이미 터에서 수집기로의 다수 캐리어.

  • 이것은 편지로 표시됩니다 B.

수집기

  • 위 그림의 오른쪽 자료는 다음과 같이 이해할 수 있습니다. Collector.

  • 그 이름은 그 기능을 의미합니다 collecting the carriers.

  • 이것은 a bit larger이미 터와베이스보다 크기가. 그것은moderately doped.

  • 이것은 편지로 표시됩니다 C.

PNP 및 NPN 트랜지스터의 기호는 다음과 같습니다.

그만큼 arrow-head 위의 그림에서 emitter트랜지스터의. 트랜지스터의 컬렉터는 훨씬 더 큰 전력을 소모해야하므로 크기가 커집니다. 이미 터와 수집기의 특정 기능으로 인해not interchangeable. 따라서 트랜지스터를 사용하는 동안 터미널을 항상 염두에 두어야합니다.

실용적인 트랜지스터에서는 식별을 위해 이미 터 리드 근처에 노치가 있습니다. 멀티 미터를 사용하여 PNP 및 NPN 트랜지스터를 구분할 수 있습니다. 다음 그림은 실제 트랜지스터가 어떻게 다른지 보여줍니다.

지금까지 트랜지스터의 구조적 세부 사항에 대해 논의했지만 트랜지스터의 작동을 이해하려면 먼저 바이어스에 대해 알아야합니다.

트랜지스터 바이어스

트랜지스터가 두 다이오드의 조합이라는 것을 알기 때문에 여기에 두 개의 접합이 있습니다. 하나의 접합이 이미 터와베이스 사이에 있기 때문에Emitter-Base junction 마찬가지로 다른 하나는 Collector-Base junction.

Biasing전원 공급을 통해 회로의 동작을 제어하고 있습니다. 두 PN 접합의 기능은 일부 DC 전원을 통해 회로에 바이어스를 제공하여 제어됩니다. 아래 그림은 트랜지스터가 바이어스되는 방식을 보여줍니다.

위의 그림을 살펴보면

  • N 형 재료에는 음극 공급이 제공되고 P 형 재료에는 회로를 만들기 위해 양극 공급이 제공됩니다. Forward bias.

  • N 형 재료에는 양극 공급이 제공되고 P 형 재료에는 회로를 만들기 위해 음극 공급이 제공됩니다. Reverse bias.

힘을 적용함으로써 emitter base junction 항상 forward biased이미 터 저항이 매우 작기 때문입니다. 그만큼collector base junction 이다 reverse biased저항이 조금 더 높습니다. 이미 터 접합에서는 작은 순방향 바이어스로 충분하지만 컬렉터 접합에는 높은 역방향 바이어스를 적용해야합니다.

위의 회로에 표시된 전류의 방향은 Conventional Current, 정공 전류의 움직임은 opposite to the electron current.

작동 PNP 트랜지스터

PNP 트랜지스터의 동작은 다음 그림을 보면 설명 할 수 있습니다.이 그림에서는 에미 터-베이스 접합이 순방향 바이어스되고 콜렉터-베이스 접합이 역 바이어스됩니다.

전압 VEE이미 터에 포지티브 전위를 제공하여 P 형 재료의 구멍을 밀어 내고이 구멍은 이미 터-베이스 접합부를 교차하여베이스 영역에 도달합니다. 매우 낮은 비율의 정공이 N 영역의 자유 전자와 재결합합니다. 이것은 기본 전류를 구성하는 매우 낮은 전류를 제공합니다.IB. 나머지 구멍은 컬렉터-베이스 접합부를 교차하여 컬렉터 전류를 구성합니다.IC, 이것은 홀 전류입니다.

구멍이 컬렉터 단자에 도달하면 배터리 음극 단자의 전자가 컬렉터의 공간을 채 웁니다. 이 흐름은 천천히 증가하고 전자 소수 전류는 에미 터를 통해 흐릅니다. 여기서 각 전자는VEE, 이미 터 접합쪽으로 이동하여 구멍으로 대체됩니다. 이것은 이미 터 전류를 구성합니다.IE.

따라서 우리는 이해할 수 있습니다-

  • PNP 트랜지스터의 전도는 구멍을 통해 발생합니다.
  • 콜렉터 전류는 이미 터 전류보다 약간 적습니다.
  • 이미 터 전류의 증가 또는 감소는 콜렉터 전류에 영향을 미칩니다.

NPN 트랜지스터 작동

NPN 트랜지스터의 동작은 다음 그림을 살펴보면 설명 할 수 있습니다.이 그림에서는 이미 터-베이스 접합이 순방향 바이어스이고 컬렉터-베이스 접합이 역 바이어스됩니다.

전압 VEEN 형 물질의 전자를 밀어내는 이미 터에서 음의 전위를 제공하고 이러한 전자는 이미 터-베이스 접합부를 교차하여베이스 영역에 도달합니다. 매우 낮은 비율의 전자가 P 영역의 자유 구멍과 재결합합니다. 이것은 기본 전류를 구성하는 매우 낮은 전류를 제공합니다.IB. 나머지 구멍은 컬렉터-베이스 접합부를 교차하여 컬렉터 전류를 구성합니다.IC.

전자가 컬렉터 단자에서 나와 배터리의 양극 단자로 들어가면 배터리의 음극 단자에서 나온 전자 VEE이미 터 영역으로 들어갑니다. 이 흐름은 천천히 증가하고 전자 전류는 트랜지스터를 통해 흐릅니다.

따라서 우리는 이해할 수 있습니다-

  • NPN 트랜지스터의 전도는 전자를 통해 발생합니다.
  • 콜렉터 전류는 이미 터 전류보다 높습니다.
  • 이미 터 전류의 증가 또는 감소는 콜렉터 전류에 영향을 미칩니다.

장점

다음과 같은 트랜지스터의 많은 장점이 있습니다-

  • 고전압 이득.
  • 낮은 공급 전압이면 충분합니다.
  • 저전력 애플리케이션에 가장 적합합니다.
  • 더 작고 가벼운 무게.
  • 진공관보다 기계적으로 강합니다.
  • 진공관과 같은 외부 가열이 필요하지 않습니다.
  • 저항기 및 다이오드와 통합하여 IC를 생성하는 데 매우 적합합니다.

전력 손실이 적기 때문에 고전력 애플리케이션에 사용할 수 없다는 단점이 거의 없습니다. 입력 임피던스가 낮고 온도에 따라 다릅니다.

트랜지스터에는 이미 터,베이스 및 컬렉터의 3 개의 단자가 있습니다. 이 3 개의 단자를 사용하여 트랜지스터는 3 가지 다른 구성으로 입력 및 출력에 공통된 하나의 단자가있는 회로에 연결될 수 있습니다.

세 가지 유형의 구성은 다음과 같습니다. Common Base, Common EmitterCommon Collector구성. 모든 구성에서 이미 터 접합은 순방향 바이어스되고 컬렉터 접합은 역방향 바이어스됩니다.

CB (Common Base) 구성

이름 자체는 Base 단자가 트랜지스터의 입력 및 출력 모두에 대한 공통 단자로 사용된다는 것을 의미합니다. NPN 및 PNP 트랜지스터의 공통 기본 연결은 다음 그림과 같습니다.

이해를 돕기 위해 CB 구성의 NPN 트랜지스터를 고려해 보겠습니다. 에미 터 전압이 가해지면 순방향 바이어스이므로 음극 단자의 전자가 에미 터 전자를 밀어 내고 전류가 에미 터와베이스를 통해 컬렉터로 흘러 콜렉터 전류를 제공합니다. 콜렉터 전압VCB 이 기간 동안 일정하게 유지됩니다.

CB 구성에서 입력 전류는 이미 터 전류입니다. IE 출력 전류는 콜렉터 전류입니다. IC.

Current Amplification Factor (α)

콜렉터 전류의 변화 비율 ($\Delta I_{C}$) 에미 터 전류의 변화 ($\Delta I_{E}$) 콜렉터 전압 VCB 일정하게 유지되며 다음과 같이 호출됩니다. Current amplification factor. α로 표시됩니다.

$$\alpha\:=\:\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{E}}\:\:at\:constant\:V_{CB}$$

콜렉터 전류 표현

위의 아이디어로 콜렉터 전류에 대한 표현을 그려 보겠습니다. 이미 터 전류가 흐르는 것과 함께 전자 정공 재결합으로 인해베이스 단자를 통해 흐르는베이스 전류 IB가 어느 정도 있습니다. 컬렉터-베이스 접합이 역 바이어스됨에 따라 소수 전하 캐리어로 인해 흐르는 또 다른 전류가 있습니다. 이것은 다음과 같이 이해할 수있는 누설 전류입니다.Ileakage. 이것은 소수 전하 캐리어로 인해 매우 작습니다.

콜렉터 단자에 도달하는 이미 터 전류는

$$\mathbf{\mathit{\alpha I_{E}}}$$

총 콜렉터 전류

$$I_{C}\:=\:\alpha I_{E}\:+\:I_{leakage}$$

이미 터베이스 전압 V EB = 0 인 경우에도 I CBO (출력이 열린 콜렉터베이스 전류) 라고 할 수있는 작은 누설 전류가 흐릅니다 .

따라서 콜렉터 전류는 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

$$I_{C}\:=\:\alpha I_{E}\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{E}\:=\:I_{C}\:+\:I_{B}$$

$$I_{C}\:=\:\alpha(I_{C}\:+\:I_{B})\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{C}(1\:-\:\alpha)\:=\:\alpha I_{B}\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{C}\:=\:(\frac{\alpha}{1\:-\:\alpha})\: I_{B}\:+\:(\frac{I_{CBO}}{1\:-\:\alpha})$$

$$I_{C}\:=\:(\frac{\alpha}{1\:-\:\alpha})\: I_{B}\:+\:(\frac{1}{1\:-\:\alpha})I_{CBO}$$

따라서 위에서 파생 된 것은 콜렉터 전류에 대한 표현입니다. 콜렉터 전류의 값은 사용중인 트랜지스터의 전류 증폭 계수와 함께베이스 전류 및 누설 전류에 따라 달라집니다.

CB 구성의 특성

  • 이 구성은 전압 이득을 제공하지만 전류 이득은 제공하지 않습니다.

  • 존재 VCB일정한, 에미 터-베이스 전압 V EB , 에미 터 전류 의 약간 증가IE 증가합니다.

  • 이미 터 전류 IE 콜렉터 전압과 무관 VCB.

  • 수집기 전압 VCB 콜렉터 전류에 영향을 미칠 수 있습니다. ICVEB 가 일정하게 유지 될 때 저전압에서만 .

  • 입력 저항 ri는 이미 터-베이스 전압의 변화 비율입니다 ($\Delta{V_{EB}}$) 에미 터 전류의 변화 ($\Delta{I_{E}}$) 일정한 컬렉터베이스 전압에서 VCB.

    $$\eta\:=\:\frac{\Delta{V_{EB}}}{\Delta{I_{E}}}\:\:at\:constant\:V_{CB}$$

  • 입력 저항이 매우 낮기 때문에 VEB 의 작은 값 은 이미 터 전류의 큰 전류 흐름을 생성하기에 충분합니다.IE.

  • 출력 저항 r o 는 컬렉터베이스 전압 ($\Delta{V_{CB}}$) 콜렉터 전류의 변화 ($\Delta{I_{C}}$) 일정한 이미 터 전류에서 IE.

    $$r_{o}\:=\:\frac{\Delta{V_{CB}}}{\Delta{I_{C}}}\: at\: constant\:l_{E}$$

  • 출력 저항이 매우 높은 값이기 때문에 VCB 콜렉터 전류의 변화가 거의 없습니다. IC.

  • 이 구성은 온도 상승에 대해 우수한 안정성을 제공합니다.

  • CB 구성은 고주파 애플리케이션에 사용됩니다.

CE (Common Emitter) 구성

이름 자체는 Emitter단자는 트랜지스터의 입력과 출력을위한 공통 단자로 사용됩니다. NPN 및 PNP 트랜지스터의 공통 이미 터 연결은 다음 그림과 같습니다.

CB 구성에서와 마찬가지로 이미 터 접합은 순방향 바이어스되고 컬렉터 접합은 역방향 바이어스됩니다. 전자의 흐름은 같은 방식으로 제어됩니다. 입력 전류는베이스 전류입니다.IB 출력 전류는 콜렉터 전류입니다. IC 여기.

Base Current Amplification factor (β)

콜렉터 전류의 변화 비율 ($\Delta{I_{C}}$)베이스 전류 ($\Delta{I_{B}}$)는 다음과 같이 알려져 있습니다. Base Current Amplification Factor. β로 표시됩니다.

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{B}}}$$

β와 α의 관계

베이스 전류 증폭 계수와 이미 터 전류 증폭 계수 사이의 관계를 도출해 보겠습니다.

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{B}}}$$

$$\alpha\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{E}}}$$

$$I_{E}\:=\:I_{B}\:+\:I_{C}$$

$$\Delta I_{E}\:=\:\Delta I_{B}\:+\:\Delta I_{C}$$

$$\Delta I_{B}\:=\:\Delta I_{E}\:-\:\Delta I_{C}$$

우리는 쓸 수있다

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta I_{E}\:-\:\Delta I_{C}}$$

$$로 나누기

$$ \ beta \ : = \ : \ frac {\ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \ :-\ : \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$

$$ \ alpha \ : = \ : \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$

우리는

$$ \ alpha \ : = \ : \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$

따라서,

$$ \ beta \ : = \ : \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} $$

위의 방정식에서 α가 1에 가까워 질수록 β는 무한대에 도달하는 것이 분명합니다.

그 후, the current gain in Common Emitter connection is very high. 이것이이 회로 연결이 모든 트랜지스터 애플리케이션에서 주로 사용되는 이유입니다.

콜렉터 전류 표현

Common Emitter 구성에서 IB 입력 전류이고 IC 출력 전류입니다.

우린 알아

$$ I_ {E} \ : = \ : I_ {B} \ : + \ : I_ {C} $$

$$ I_ {C} \ : = \ : \ alpha I_ {E} \ : + \ : I_ {CBO} $$

$$ = \ : \ 알파 (I_ {B} \ : + \ : I_ {C}) \ : + \ : I_ {CBO} $$

$$ I_ {C} (1 \ :-\ : \ alpha) \ : = \ : \ alpha I_ {B} \ : + \ : I_ {CBO} $$

$$ I_ {C} \ : = \ : \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} I_ {B} \ : + \ : \ frac {1} {1- \ alpha} \ : I_ {CBO} $ $

기본 회로가 열려있는 경우, 즉 IB = 0,

베이스가 열린 콜렉터 이미 터 전류는 I CEO입니다.

$$ I_ {CEO} \ : = \ : \ frac {1} {1- \ alpha} \ : I_ {CBO} $$

이전 방정식에서이 값을 대체하면

$$ I_ {C} \ : = \ : \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} I_ {B} \ : + \ : I_ {CEO} $$

$$ I_ {C} \ : = \ : \ beta I_ {B} \ : + \ : I_ {CEO} $$

따라서 콜렉터 전류에 대한 방정식이 얻어집니다.

무릎 전압

CE 구성에서 기본 전류를 유지하여 IB 상수, 경우 VCE 다양합니다. IC 거의 1v로 증가 VCE그 후에도 일정하게 유지됩니다. 이 값VCE 컬렉터 전류까지 IC 변화 VCE 불린다 Knee Voltage. CE 구성에서 작동하는 트랜지스터는이 니 전압 이상에서 작동합니다.

CE 구성의 특성

  • 이 구성은 우수한 전류 이득 및 전압 이득을 제공합니다.

  • 유지 VCE 일정한, 약간 증가 VBE 베이스 전류 IB CB 구성에서보다 빠르게 증가합니다.

  • 모든 값에 대해 VCE 무릎 전압 이상, IC β와 거의 같다IB.

  • 입력 저항 ri 기본 이미 터 전압의 변화 비율입니다 ($ \ Delta {V_ {BE}}$) to the change in base current ($일정한 컬렉터 이미 터 전압에서 \ Delta {I_ {B}} $) VCE.

    $$ r_ {i} \ : = \ : \ frac {\ Delta {V_ {BE}}} {\ Delta {I_ {B}}} \ : at \ : constant \ : V_ {CE} $$

  • 입력 저항이 매우 낮은 값이므로 VBE 베이스 전류의 큰 전류 흐름을 생성하기에 충분합니다. IB.

  • 출력 저항 ro 컬렉터 이미 터 전압의 변화 비율입니다 ($ \ Delta {V_ {CE}}$) to the change in collector current ($\ Delta {I_ {C}} $) at constant IB.

    $$ r_ {o} \ : = \ : \ frac {\ Delta {V_ {CE}}} {\ Delta {I_ {C}}} \ : at \ : constant \ : I_ {B} $$

  • CE 회로의 출력 저항이 CB 회로의 출력 저항보다 작기 때문에.

  • 이 구성은 일반적으로 바이어스 안정화 방법 및 오디오 주파수 애플리케이션에 사용됩니다.

CC (Common Collector) 구성

이름 자체는 Collector단자는 트랜지스터의 입력과 출력을위한 공통 단자로 사용됩니다. NPN 및 PNP 트랜지스터의 공통 콜렉터 연결은 다음 그림과 같습니다.

CB 및 CE 구성에서와 마찬가지로 이미 터 접합은 순방향 바이어스이고 컬렉터 접합은 역방향 바이어스입니다. 전자의 흐름은 같은 방식으로 제어됩니다. 입력 전류는베이스 전류입니다.IB 출력 전류는 이미 터 전류입니다. IE 여기.

Current Amplification Factor (γ)

이미 터 전류의 변화 비율 ($ \ Delta {I_ {E}}$) to the change in base current ($\ Delta {I_ {B}} $)는 Current Amplification factor공통 수집기 (CC) 구성에서. 다음과 같이 표시됩니다.γ.

$$ \ gamma \ : = \ : \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {B}}} $$

  • CC 구성의 현재 이득은 CE 구성과 동일합니다.

  • CC 구성의 전압 이득은 항상 1보다 작습니다.

γ와 α의 관계

γ와 α 사이의 관계를 그려 보자

$$ \ gamma \ : = \ : \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {B}}} $$

$$ \ alpha \ : = \ : \ frac {\ Delta {I_ {C}}} {\ Delta {I_ {E}}} $$

$$ I_ {E} \ : = \ : I_ {B} \ : + \ : I_ {C} $$

$$ \ 델타 I_ {E} \ : = \ : \ 델타 I_ {B} \ : + \ : \ 델타 I_ {C} $$

$$ \ 델타 I_ {B} \ : = \ : \ 델타 I_ {E} \ :-\ : \ 델타 I_ {C} $$

I의 값을 대입 B 것은 , 우리가 얻을

$$ \ gamma \ : = \ : \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {E}} \ :-\ : \ Delta I_ {C}} $$

$ \ Delta I_ {E} $로 나누기

$$ \ gamma \ : = \ : \ frac {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \ :-\ : \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$

$$ \ frac {1} {1 \ :-\ : \ alpha} $$

$$ \ gamma \ : = \ : \ frac {1} {1 \ :-\ : \ alpha} $$

콜렉터 전류 표현

우린 알아

$$ I_ {C} \ : = \ : \ alpha I_ {E} \ : + \ : I_ {CBO} $$

$$ I_ {E} \ : = \ : I_ {B} \ : + \ : I_ {C} \ : = \ : I_ {B} \ : + \ : (\ alpha I_ {E} \ : + \ : I_ {CBO}) $$

$$ I_ {E} (1 \ :-\ : \ alpha) \ : = \ : I_ {B} \ : + \ : I_ {CBO} $$

$$ I_ {E} \ : = \ : \ frac {I_ {B}} {1 \ :-\ : \ alpha} \ : + \ : \ frac {I_ {CBO}} {1 \ :-\ : \ 알파} $$

$$ I_ {C} \ : \ cong \ : I_ {E} \ : = \ : (\ beta \ : + \ : 1) I_ {B} \ : + \ : (\ beta \ : + \ : 1) I_ {CBO} $$

위는 콜렉터 전류에 대한 표현입니다.

CC 구성의 특성

  • 이 구성은 전류 이득을 제공하지만 전압 이득은 제공하지 않습니다.

  • CC 구성에서 입력 저항은 높고 출력 저항은 낮습니다.

  • 이 회로에서 제공하는 전압 이득은 1 미만입니다.

  • 콜렉터 전류와베이스 전류의 합은 이미 터 전류와 같습니다.

  • 입력 및 출력 신호는 위상이 동일합니다.

  • 이 구성은 비 반전 증폭기 출력으로 작동합니다.

  • 이 회로는 주로 임피던스 매칭에 사용됩니다. 즉, 높은 임피던스 소스에서 낮은 임피던스 부하를 구동하는 것입니다.

DC 전원은 트랜지스터의 작동을 위해 제공됩니다. 이 DC 전원은 트랜지스터의 두 PN 접합에 제공되며이 에미 터 및 컬렉터 접합에서 다수 캐리어의 동작에 영향을줍니다.

접합은 우리의 요구 사항에 따라 순방향 바이어스 및 역방향 바이어스입니다. Forward biased p 형에 양의 전압이인가되고 n 형 재료에 음의 전압이인가되는 조건입니다. Reverse biased n 형에 양의 전압이인가되고 p 형 재료에 음의 전압이인가되는 조건입니다.

트랜지스터 바이어스

적절한 외부 DC 전압의 공급은 biasing. 순방향 또는 역방향 바이어스는 트랜지스터의 이미 터 및 컬렉터 접합에 수행됩니다. 이러한 바이어스 방법은 트랜지스터 회로가 다음과 같은 네 가지 영역에서 작동하도록합니다.Active region, Saturation region, Cutoff regionInverse active region(거의 사용되지 않음). 이것은 다음 표를 살펴보면 이해됩니다.

방출기 접합 수집기 접합 운영 지역
순방향 편향 순방향 편향 포화 영역
순방향 편향 역방향 편향 활성 지역
역방향 편향 순방향 편향 역 활성 영역
역방향 편향 역방향 편향 컷오프 영역

이들 영역 중 활성 영역의 역인 역 활성 영역은 어떠한 용도에도 적합하지 않아 사용하지 않는다.

활성 지역

이것은 트랜지스터가 많은 응용 분야를 갖는 영역입니다. 이것은 또한linear region. 이 영역에있는 동안 트랜지스터는Amplifier.

이 영역은 채도와 컷오프 사이에 있습니다. 트랜지스터는 이미 터 접합이 순방향 바이어스이고 컬렉터 접합이 역방향 바이어스 일 때 활성 영역에서 작동합니다. 활성 상태에서 콜렉터 전류는베이스 전류의 β 배입니다. 즉,

$$ I_ {C} \ : = \ : \ beta I_ {B} $$

어디,

$ I_ {C} $ = 콜렉터 전류

$ \ beta $ = 현재 증폭 계수

$ I_ {B} $ = 기본 전류

포화 영역

이것은 트랜지스터가 닫힌 스위치로 동작하는 경향이있는 영역입니다. 트랜지스터는 콜렉터와 이미 터가 단락되는 효과가 있습니다. 이 작동 모드에서 컬렉터 및 이미 터 전류는 최대입니다.

아래 그림은 포화 영역에서 작동하는 트랜지스터를 보여줍니다.

이미 터와 콜렉터 접합이 모두 순방향 바이어스 될 때 트랜지스터는 포화 영역에서 작동합니다. 포화 영역에서 트랜지스터는 닫힌 스위치처럼 행동하는 경향이 있음을 알 수 있습니다.

$$ I_ {C} \ : = \ : I_ {E} $$

$ I_ {C}$ = collector current and $I_ {E} $ = 이미 터 전류.

컷오프 영역

이것은 트랜지스터가 개방 스위치로 작동하는 경향이있는 영역입니다. 트랜지스터는 콜렉터와베이스가 열리는 효과가 있습니다. 이 작동 모드에서는 콜렉터, 이미 터 및베이스 전류가 모두 0입니다.

다음 그림은 차단 영역에서 작동하는 트랜지스터를 보여줍니다.

트랜지스터는 이미 터와 콜렉터 접합이 모두 역 바이어스 될 때 차단 영역에서 작동합니다. 컷오프 영역에서와 같이 컬렉터 전류, 이미 터 전류 및베이스 전류는 0입니다. 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

$$ I_ {C} \ : = \ : I_ {E} \ : = \ : I_ {B} \ : = \ : 0 $$

$ I_ {C}$ = collector current, $I_ {E}$ = emitter current, and $I_ {B} $ =베이스 전류.

지금까지 우리는 트랜지스터의 다양한 작동 영역에 대해 논의했습니다. 그러나이 모든 영역 중에서 트랜지스터가 활성 영역에서 잘 작동하므로 다음과 같이도 불립니다.linear region. 트랜지스터의 출력은 콜렉터 전류와 콜렉터 전압입니다.

출력 특성

트랜지스터의 출력 특성을 고려할 때 다른 입력 값에 대한 곡선은 아래와 같습니다.

위 그림에서 출력 특성은 콜렉터 전류 사이에 그려집니다. IC 및 컬렉터 전압 VCE 다른 값의베이스 전류 IB. 다른 출력 곡선을 얻기 위해 다른 입력 값에 대해 여기에서 고려됩니다.

작동 지점

가능한 최대 컬렉터 전류 값을 고려할 때 해당 포인트는 Y 축에 표시됩니다. saturation point. 또한 가능한 최대 컬렉터 이미 터 전압 값을 고려하면 해당 지점이 X 축에 표시됩니다.cutoff point.

이 두 점을 연결하는 선을 그릴 때 이러한 선은 다음과 같이 호출 할 수 있습니다. Load line. 이것은 부하에서 출력을 상징하기 때문에 호출됩니다. 이 선은 출력 특성 곡선 위에 그려 질 때 다음과 같은 지점에서 접촉합니다.Operating point.

이 작동 지점은 quiescent point 또는 간단히 Q-point. 이러한 교차 지점이 많이있을 수 있지만 Q- 포인트는 AC 신호 스윙에 관계없이 트랜지스터가 활성 영역에 남아있는 방식으로 선택됩니다. 이것은 아래 그림을 통해 더 잘 이해할 수 있습니다.

Q- 포인트를 얻으려면 하중 선을 그려야합니다. 트랜지스터는 활성 영역에있을 때 좋은 증폭기 역할을하고 Q- 포인트에서 작동하도록 만들면 충실한 증폭이 이루어집니다.

Faithful amplification신호 강도를 높여 입력 신호의 전체 부분을 얻는 과정입니다. 이것은 AC 신호가 입력에 적용될 때 수행됩니다. 이것은 AMPLIFIERS 튜토리얼에서 논의됩니다.

DC 부하 라인

트랜지스터에 바이어스가 주어지고 입력에 신호가 적용되지 않으면 이러한 조건에서 그려진 부하 라인은 다음과 같이 이해 될 수 있습니다. DC질환. 여기에는 신호가 없기 때문에 증폭이 없습니다. 회로는 다음과 같습니다.

주어진 시간에 수집기 이미 터 전압의 값은

$$ V_ {CE} \ : = \ : V_ {CC} \ :-\ : I_ {C} R_ {C} $$

V CC 및 R C 는 고정 값이므로 위의 것은 1 차 방정식이므로 출력 특성에 대한 직선이됩니다. 이 라인은D.C. Load line. 아래 그림은 DC 부하 라인을 보여줍니다.

하중 선을 얻으려면 직선의 두 끝점을 결정해야합니다. 이 두 점을 A와 B로 둡니다.

A를 얻으려면

콜렉터 전압 V 방출기 때 CE = 0, 콜렉터 전류가 최대이고, V 같다 CC / R C . 이것은 V CE 의 최대 값을 제공합니다 . 이것은 다음과 같이 표시됩니다.

$$ V_ {CE} \ : = \ : V_ {CC} \ :-\ : I_ {C} R_ {C} $$

$$ 0 \ : = \ : V_ {CC} \ :-\ : I_ {C} R_ {C} $$

$$ I_ {C} \ : = \ : \ frac {V_ {CC}} {R_ {C}} $$

이 점 A (OA = V 부여 CC / R C 위 도시 콜렉터 전류를 축).

B를 얻으려면

콜렉터 전류 IC = 0이면 콜렉터 이미 터 전압이 최대이고 VCC와 같습니다. 이것은 IC의 최대 값을 제공합니다. 이것은 다음과 같이 표시됩니다.

$$ V_ {CE} \ : = \ : V_ {CC} \ :-\ : I_ {C} R_ {C} $$

$$ = \ : V_ {CC} $$

(나는 C = 0으로)

이것은 위의 그림에 표시된 컬렉터 이미 터 전압 축에서 (OB = V CC ) 를 의미하는 지점 B를 제공합니다 .

따라서 우리는 포화 점과 차단 점을 모두 결정했고 하중 선이 직선이라는 것을 알게되었습니다. 따라서 DC 부하 선을 그릴 수 있습니다.

이 작동 지점의 중요성은 입력에서 AC 신호가 제공 될 때 더욱 이해됩니다. 이것은 AMPLIFIERS 튜토리얼에서 논의 될 것입니다.

사용중인 트랜지스터에는 여러 유형이 있습니다. 각 트랜지스터는 응용 분야에 특화되어 있습니다. 주요 분류는 다음과 같습니다.

1 차 트랜지스터는 BJT이고 FET는 최신 버전의 트랜지스터입니다. BJT를 살펴 보겠습니다.

바이폴라 접합 트랜지스터

바이폴라 접합 트랜지스터, 곧 BJT그 기능을 위해 두 개의 PN 접합이 있기 때문에 호출됩니다. 이 BJT는 일반 트랜지스터 일뿐입니다. 두 가지 유형의 구성이 있습니다.NPNPNP. 일반적으로 NPN 트랜지스터는 편의상 선호됩니다. 다음 이미지는 실용적인 BJT가 어떻게 생겼는지 보여줍니다.

BJT의 유형은 NPN 및 PNP 트랜지스터입니다. NPN 트랜지스터는 두 개의 n 형 재료 사이에 p 형 재료를 배치하여 만들어집니다. PNP 트랜지스터는 두 개의 p 형 재료 사이에 n 형 재료를 배치하여 만들어집니다.

BJT는 현재 제어되는 장치입니다. 이전 장에서 논의한 일반 트랜지스터가이 범주에 속합니다. 기능, 구성 및 응용 프로그램은 모두 동일합니다.

전계 효과 트랜지스터

FET는 3 단자 단극 반도체 장치입니다. 이것은voltage controlled device바이폴라 접합 트랜지스터와는 다릅니다. FET의 가장 큰 장점은 입력 임피던스가 매우 높으며 이는 Mega Ohms 정도입니다. 낮은 전력 소비, 낮은 열 방출과 같은 많은 장점이 있으며 FET는 고효율 장치입니다. 다음 이미지는 실용적인 FET가 어떻게 생겼는지 보여줍니다.

FET는 unipolar device즉, p 형 또는 n 형 재료를 주 기판으로 사용하여 만들어집니다. 따라서 FET의 전류 전도는 전자 또는 정공에 의해 수행됩니다.

FET의 특징

다음은 전계 효과 트랜지스터의 다양한 기능입니다.

  • Unipolar − 정공 또는 전자가 전도를 담당하므로 단극입니다.

  • High input impedance− 역방향 바이어스로 인해 FET의 입력 전류가 흐릅니다. 따라서 입력 임피던스가 높습니다.

  • Voltage controlled device − FET의 출력 전압은 게이트 입력 전압에 의해 제어되므로 FET를 전압 제어 장치라고합니다.

  • Noise is low− 전도 경로에 접합이 없습니다. 따라서 소음은 BJT보다 낮습니다.

  • Gain is characterized as transconductance. 트랜스 컨덕턴스는 입력 전압의 변화에 ​​대한 출력 전류의 변화 비율입니다.

  • The output impedance of a FET is low.

FET의 장점

BJT보다 FET를 선호하려면 BJT보다 FET를 사용하는 이점이 거의 없습니다. BJT에 비해 FET의 장점을 요약 해 보겠습니다.

JFET BJT
단극 장치입니다 양극성 장치입니다.
전압 구동 장치 현재 구동 장치
높은 입력 임피던스 낮은 입력 임피던스
낮은 소음 수준 높은 소음 수준
더 나은 열 안정성 열 안정성 감소
이득은 트랜스 컨덕턴스가 특징입니다 이득은 전압 이득이 특징입니다

FET의 응용

  • FET는 부하 효과를 줄이기 위해 회로에 사용됩니다.

  • FET는 버퍼 증폭기, 위상 편이 발진기 및 전압계와 같은 많은 회로에 사용됩니다.

FET 단자

FET는 3 단자 장치이지만 BJT 단자와는 다릅니다. FET의 세 단자는 게이트, 소스 및 드레인입니다. 그만큼Source FET의 터미널은 BJT의 이미 터와 유사하지만 Gate Base와 유사하며 Drain 수집가에게.

NPN 및 PNP 유형 모두에 대한 FET의 기호는 다음과 같습니다.

출처

  • 전계 효과 트랜지스터의 소스 터미널은 반송파가 채널에 들어가는 터미널입니다.

  • 이것은 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미 터 단자와 유사합니다.

  • 소스 터미널은 다음과 같이 지정할 수 있습니다. S.

  • 소스 터미널에서 채널로 들어가는 전류는 IS로 표시됩니다.

  • 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자는 채널을 통해 전류를 제어하여 FET의 기능에서 중요한 역할을합니다.

  • Gate 단자에 외부 전압을인가하여 전류를 제어 할 수 있습니다.

  • 게이트는 고농도로 도핑 된 내부적으로 연결된 두 단자의 조합입니다.

  • 채널 전도도는 게이트 터미널에 의해 변조된다고합니다.

  • 이것은 바이폴라 접합 트랜지스터의 기본 단자와 유사합니다.

  • 게이트 터미널은 다음과 같이 지정할 수 있습니다. G.

  • 게이트 터미널에서 채널로 들어가는 전류는 IG로 표시됩니다.

배수

  • 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자는 반송파가 채널을 떠나는 단자입니다.

  • 이는 바이폴라 접합 트랜지스터의 컬렉터 단자와 유사합니다.

  • 드레인-소스 전압은 VDS로 지정됩니다.

  • 드레인 터미널은 다음과 같이 지정할 수 있습니다. D.

  • 드레인 터미널에서 채널을 떠나는 전류는 I D 로 표시됩니다 .

FET의 유형

FET에는 두 가지 주요 유형이 있습니다. JFET와 MOSFET입니다. 다음 그림은 FET의 추가 분류를 보여줍니다.

다음 장에서는 JFET 및 MOSFET에 대해 자세히 설명합니다.

JFET는 다음과 같이 축약됩니다. Junction Field Effect Transistor. JFET는 일반 FET와 같습니다. JFET의 유형은 n- 채널 FET 및 P- 채널 FET입니다. p- 타입 재료는 n- 채널 FET에서 n- 타입 기판에 추가되는 반면, n- 타입 재료는 p- 채널 FET에서 p- 타입 기판에 추가됩니다. 따라서 두 가지를 모두 이해하기 위해 한 가지 유형의 FET를 논의하는 것으로 충분합니다.

N 채널 FET

N 채널 FET는 가장 많이 사용되는 전계 효과 트랜지스터입니다. N 채널 FET의 제조를 위해 N 형 반도체의 좁은 막대가 사용되며, 반대쪽에서 확산에 의해 P 형 재료가 형성됩니다. 이 두면이 결합되어 게이트 터미널에 대한 단일 연결을 그립니다. 이것은 다음 그림에서 이해할 수 있습니다.

이 두 개의 게이트 증착 (p 형 재료)은 두 개의 PN 다이오드를 형성합니다. 게이트 사이의 영역을channel. 다수 캐리어는이 채널을 통과합니다. 따라서 FET의 단면 형태는 다음 그림과 같이 이해됩니다.

옴 접촉은 소스와 드레인을 형성하는 n 형 반도체 바의 두 끝에서 만들어집니다. 소스 및 드레인 단자는 서로 바뀔 수 있습니다.

N 채널 FET의 작동

FET의 작동을 시작하기 전에 공 핍층이 어떻게 형성되는지 이해해야합니다. 이를 위해 게이트 단자의 전압이VGG 드레인 단자의 전압이 VDD적용되지 않습니다. 이것이 사례 1이라고합시다.

  • case 1, 언제 VGG 역 바이어스되고 VDD적용되지 않으면 P 레이어와 N 레이어 사이의 공핍 영역이 확장되는 경향이 있습니다. 이것은 음의 전압이 가해지면 p 형 층에서 게이트 단자쪽으로 구멍을 끌어 당깁니다.

  • case 2, 언제 VDD 적용 (양극 단자는 드레인, 음극 단자는 소스) VGG 적용되지 않으면 전자는 드레인 전류를 구성하는 소스에서 드레인으로 흐릅니다. ID.

이제 다음 그림을 고려하여 두 공급품이 모두 제공 될 때 어떤 일이 발생하는지 이해하겠습니다.

게이트 단자의 전원은 공 핍층을 성장시키고 드레인 단자의 전압은 소스에서 드레인 단자로의 드레인 전류를 허용합니다. 소스 단자의 지점이 B이고 드레인 단자의 지점이 A라고 가정하면 채널의 저항은 단자 A의 전압 강하가 단자 B의 전압 강하보다 클 것입니다. 즉,

VA>VB

따라서 전압 강하는 채널 길이를 통해 점진적으로 진행됩니다. 따라서 역방향 바이어스 효과는 소스 단자보다 드레인 단자에서 더 강합니다. 이것이 공 핍층이 지점 B보다 지점 A에서 채널로 더 많이 침투하는 이유입니다.VGGVDD적용됩니다. 다음 그림은이를 설명합니다.

이제 FET의 동작을 이해 했으므로 FET의 실제 작동을 살펴 보겠습니다.

고갈 작동 모드

공 핍층의 폭이 FET의 작동에 중요한 역할을하므로 공핍 작동 모드라는 이름이 의미합니다. 우리는 MOSFET의 동작에서 논의 될 동작의 향상 모드라는 또 다른 모드가 있습니다. 그러나JFETs have only depletion mode 작동.

게이트와 소스 단자 사이에 전위가 적용되지 않고 전위가 VDD드레인과 소스 사이에 적용됩니다. 자, 현재ID채널 폭이 클수록 최대로 드레인에서 소스 터미널로 흐릅니다. 게이트와 소스 단자 사이에 전압을가하십시오.VGG역 바이어스입니다. 이것은 위에서 논의한 바와 같이 공핍 폭을 증가시킵니다. 층이 커짐에 따라 채널의 단면적이 감소하여 드레인 전류가ID 또한 감소합니다.

이 드레인 전류가 더 증가하면 두 공 핍층이 서로 접촉하는 단계가 발생하여 전류가 ID흐름. 이것은 다음 그림에 명확하게 나와 있습니다.

이 두 공 핍층이 문자 그대로 "접촉"하는 전압을 "Pinch off voltage”. VP로 표시됩니다. 이 시점에서 드레인 전류는 문자 그대로 0입니다. 따라서 드레인 전류는 게이트에서 역 바이어스 전압의 함수입니다.

게이트 전압이 드레인 전류를 제어하기 때문에 FET를 voltage controlled device. 이것은 드레인 특성 곡선에서 더 명확하게 이해됩니다.

JFET의 드레인 특성

FET의 드레인에 대한 특성 곡선을 얻을 수있는 FET의 기능을 요약 해 보겠습니다. 이러한 특성을 얻기위한 FET의 회로는 다음과 같습니다.

게이트와 소스 사이의 전압이 VGS 0이거나 단락 된 경우 전류 ID 소스에서 드레인까지도 없습니다. VDS적용된. 드레인과 소스 사이의 전압으로VDS 증가, 전류 흐름 ID소스에서 드레인까지 증가합니다. 이 전류 증가는 특정 지점까지 선형 적입니다.A, 로 알려진 Knee Voltage.

게이트 단자는 역방향 바이어스 상태가됩니다. ID증가하면 고갈 영역이 수축하는 경향이 있습니다. 이 수축은 길이가 같지 않아이 영역이 배수구에서 더 가까워지고 배수구에서 더 멀어져pinch off전압. 핀치 오프 전압은 드레인 전류가 일정한 값 (포화 값)에 접근하는 소스 전압에 대한 최소 드레인으로 정의됩니다. 이 핀치 오프 전압이 발생하는 지점을Pinch off point, 다음으로 표시 B.

같이 VDS 더 증가하면 채널 저항도 증가하여 ID거의 일정하게 유지됩니다. 지역BC 로 알려져 있습니다 saturation region또는 증폭기 영역. 점 A, B 및 C와 함께이 모든 것이 아래 그래프에 표시됩니다.

드레인 특성은 드레인 전류에 대해 플롯됩니다. ID 드레인 소스 전압에 대하여 VDS게이트 소스 전압 VGS의 다른 값에 대해. 이러한 다양한 입력 전압에 대한 전반적인 드레인 특성은 다음과 같습니다.

음의 게이트 전압이 드레인 전류를 제어하므로 FET를 전압 제어 장치라고합니다. 드레인 특성은 FET의 성능을 나타냅니다. 위에 표시된 드레인 특성은 드레인 저항, 트랜스 컨덕턴스 및 증폭 계수 값을 얻는 데 사용됩니다.

FET에는 높은 드레인 저항, 중간 입력 임피던스 및 느린 작동과 같은 몇 가지 단점이 있습니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 고급 FET 인 MOSFET이 발명되었습니다.

MOSFET은 Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor 또는 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor의 약자입니다. 이것은 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터를 의미하는 IGFET라고도합니다. FET는 고갈 및 향상 모드에서 작동합니다. 다음 그림은 실용적인 MOSFET의 모습을 보여줍니다.

MOSFET의 구성

MOSFET의 구성은 FET와 약간 유사합니다. 게이트 단자가 연결된 기판 상에 산화물 층이 증착된다. 이 산화물 층은 절연체 역할을하므로 (sio 2 는 기판과 절연 됨) MOSFET은 IGFET라는 다른 이름을가집니다. MOSFET의 구성에서 저농도로 도핑 된 기판은 고농도로 도핑 된 영역으로 확산됩니다. 사용되는 기판에 따라 다음과 같이 불립니다.P-typeN-type MOSFET.

다음 그림은 MOSFET의 구성을 보여줍니다.

게이트의 전압은 MOSFET의 작동을 제어합니다. 이 경우 채널과 절연되어 있으므로 양 및 음 전압이 게이트에 적용될 수 있습니다. 네거티브 게이트 바이어스 전압으로 다음과 같이 작동합니다.depletion MOSFET 양의 게이트 바이어스 전압에서는 Enhancement MOSFET.

MOSFET의 분류

구조에 사용되는 재료의 유형과 작동 유형에 따라 MOSFET은 다음 그림과 같이 분류됩니다.

분류 후 MOSFET 기호를 살펴 보겠습니다.

그만큼 N-channel MOSFETs 간단히 NMOS. N 채널 MOSFET의 기호는 다음과 같습니다.

그만큼 P-channel MOSFETs 간단히 PMOS. P 채널 MOSFET의 기호는 다음과 같습니다.

이제 N 채널 MOSFET의 구조적 세부 사항을 살펴 보겠습니다. 일반적으로 NChannel MOSFET이 주로 사용되므로 설명을 위해 고려됩니다. 또한 한 유형의 연구가 다른 유형도 설명한다는 것을 언급 할 필요가 없습니다.

N- 채널 MOSFET의 구성

작동을 이해하기 위해 N 채널 MOSFET을 고려해 보겠습니다. 저농도로 도핑 된 두 개의 N 형 영역이 확산되어 소스 및 드레인 역할을하는 저농도 P 형 기판이 취해집니다. 이 두 N + 영역 사이에서 확산이 발생하여 N 채널을 형성하고 드레인과 소스를 연결합니다.

얇은 층 Silicon dioxide (SiO2)전체 표면에 걸쳐 성장하고 드레인 및 소스 단자 용 오믹 접점을 그리기 위해 구멍이 만들어집니다. 전도 층aluminum 전체 채널에 걸쳐 있습니다. SiO2게이트를 구성하는 소스에서 드레인까지의 레이어. 그만큼SiO2 substrate 공통 또는 접지 단자에 연결됩니다.

구조로 인해 MOSFET은 BJT보다 칩 면적이 매우 적으며, 이는 바이폴라 접합 트랜지스터와 비교할 때 점유율의 5 %입니다. 이 장치는 모드에서 작동 할 수 있습니다. 고갈 및 강화 모드입니다. 세부 사항에 대해 알아 보겠습니다.

N-채널 (공핍 모드) MOSFET 작동

지금은 FET와 달리 게이트와 채널 사이에 PN 접합이 없다는 생각이 있습니다. 또한 확산 된 채널 N (두 개의 N + 영역 사이),insulating dielectric SiO2 그리고 게이트의 알루미늄 금속 층은 함께 a를 형성합니다 parallel plate capacitor.

NMOS가 공핍 모드에서 작동해야하는 경우 다음 그림과 같이 게이트 단자는 음의 전위에 있어야하고 드레인은 양의 전위에 있어야합니다.

게이트와 소스 사이에 전압이 가해지지 않으면 드레인과 소스 사이의 전압으로 인해 일부 전류가 흐릅니다. 음의 전압을VGG. 그런 다음 소수 캐리어, 즉 구멍, 매력을 얻고 근처에 정착SiO2층. 그러나 대부분의 캐리어, 즉 전자는 반발합니다.

약간의 부정적인 잠재력과 함께 VGG 일정량의 드레인 전류 ID소스를 통해 배출됩니다. 이 음의 전위가 더 증가하면 전자가 고갈되고 전류가ID감소합니다. 따라서 더 부정적인 적용VGG, 드레인 전류 값이 작을수록 ID 될거야.

드레인에 더 가까운 채널은 소스 (FET에서와 같이)보다 더 많이 고갈되고이 효과로 인해 전류 흐름이 감소합니다. 따라서 공핍 모드 MOSFET이라고합니다.

N 채널 MOSFET의 작동 (향상 모드)

전압의 극성을 변경할 수 있다면 동일한 MOSFET을 향상 모드에서 사용할 수 있습니다. VGG. 따라서 게이트 소스 전압이있는 MOSFET을 고려해 보겠습니다.VGG 다음 그림과 같이 양수입니다.

게이트와 소스 사이에 전압이 가해지지 않으면 드레인과 소스 사이의 전압으로 인해 일부 전류가 흐릅니다. 약간의 양의 전압을VGG. 그런 다음 소수 캐리어, 즉 정공이 반발되고 다수 캐리어 즉 전자가SiO2 층.

약간의 긍정적 인 잠재력과 함께 VGG 일정량의 드레인 전류 ID소스를 통해 배출됩니다. 이 포지티브 잠재력이 더 증가하면 전류ID 소스로부터의 전자의 흐름으로 인해 증가하고 이들은에 적용된 전압으로 인해 더 밀려납니다. VGG. 따라서 더 긍정적 인 적용VGG, 더 많은 드레인 전류 값 ID될거야. 전류 흐름은 공핍 모드보다 전자 흐름의 증가로 인해 향상됩니다. 따라서이 모드는Enhanced Mode MOSFET.

P-채널 MOSFET

PMOS의 구성 및 작동은 NMOS와 동일합니다. 가볍게 도핑 된n-substrate 두 가지가 많이 도핑 된 P+ regions확산됩니다. 이 두 P + 영역은 소스 및 드레인 역할을합니다. 얇은 층SiO2표면에서 자랍니다. 다음 그림과 같이 구멍이이 레이어를 통해 절단되어 P + 영역과 접촉합니다.

PMOS의 작동

게이트 터미널에 음전위가 주어지면 VGG 드레인 소스 전압보다 VDD그러면 존재하는 P + 영역으로 인해 확산 된 P 채널을 통해 정공 전류가 증가하고 PMOS는 Enhancement Mode.

게이트 터미널에 양의 전위가 주어지면 VGG 드레인 소스 전압보다 VDD, 그런 다음 반발로 인해 고갈이 발생하여 전류 흐름이 감소합니다. 따라서 PMOS는Depletion Mode. 구조는 다르지만 두 MOSFET 유형 모두에서 작동 방식이 비슷합니다. 따라서 전압 극성이 변경되면 두 유형 모두 두 모드에서 모두 사용할 수 있습니다.

이것은 드레인 특성 곡선에 대한 아이디어를 가지고 있으면 더 잘 이해할 수 있습니다.

드레인 특성

MOSFET의 드레인 특성은 드레인 전류 사이에 그려집니다. ID 그리고 드레인 소스 전압 VDS. 입력의 다른 값에 대한 특성 곡선은 아래와 같습니다.

실제로 언제 VDS 증가, 드레인 전류 ID 증가해야하지만 적용된 VGS, 드레인 전류는 일정 수준에서 제어됩니다. 따라서 게이트 전류는 출력 드레인 전류를 제어합니다.

전송 특성

전송 특성은 값의 변화를 정의합니다. VDS 변화와 함께 IDVGS고갈 및 강화 모드 모두에서. 아래의 전달 특성 곡선은 드레인 전류 대 게이트 대 소스 전압에 대해 그려집니다.

BJT, FET 및 MOSFET 비교

위의 세 가지를 모두 논의 했으므로 이제 일부 속성을 비교해 보겠습니다.

자귀 BJT FET MOSFET
기기 종류 전류 제어 전압 제어 제어되는 전압
현재 흐름 양극성 단극 단극
터미널 교환 불가 교환 가능 교환 가능
작동 모드 모드 없음 고갈 모드 만 향상 및 고갈 모드 모두
입력 임피던스 낮은 높은 매우 높음
출력 저항 보통의 보통의 낮은
작동 속도 낮은 보통의 높은
소음 높은 낮은 낮은
열 안정성 낮은 보다 나은 높은

지금까지 다양한 전자 부품과 그 유형에 대해 구성 및 작동에 대해 논의했습니다. 이러한 모든 구성 요소는 전자 분야에서 다양한 용도로 사용됩니다. 이러한 구성 요소가 실제 회로에서 어떻게 사용되는지에 대한 실용적인 지식을 얻으려면 전자 회로 자습서를 참조하십시오.