개념 한 쪽
전력용 반도체와 광전 소자는 전력변환과 제어에서 핵심 역할을 한다고 본다. 정류와 인버터처럼 전력의 방향을 바꾸는 장치, SCR·TRIAC 같은 사이리스터 계열 소자, MOS FET의 접속 특성 및 바리스터·제너 다이오드의 보호·정전압 기능을 중심으로 개념을 정리한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「광전소자 및 집적회로소자」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정류 방식의 맥동율 판단 | 1 | 정류 방식과 상수에 따른 맥동율 비교 원리를 물음 |
| 소자 단방향·쌍방향 구별 | 1 | 주어진 소자군에서 쌍방향성이 아닌 소자 가림 |
| SCR 점호 조건 확인 | 1 | SCR이 턴온하기 위한 전극 극성과 게이트 전압 조건을 묻음 |
정류는 교류를 직류로 변환하는 동작을 의미하며, 정류 방식에 따라 출력 직류의 맥동율이 달라진다 한다. 맥동율은 상수가 많을수록, 전파일수록 작아지므로 단상반파 → 단상전파 → 3상반파 → 3상전파 순으로 맥동율이 감소하고, 이 기준으로 3상전파가 가장 작은 맥동율을 가진다 한다.
사이리스터 계열에서 SCR은 게이트로 점호하는 단방향 소자이며 애노드(A)에서 캐소드(K)로만 전류가 흐른다고 본다. SCR이 도통하려면 애노드에 양(+)을, 캐소드에 음(−)을 걸어 순방향 상태로 만들고 게이트에 캐소드 기준 양(+) 전압을 인가하여 트리거해야 도통한다고 정리한다.
TRIAC·DIAC·SSS처럼 쌍방향 동작 소자는 양방향 통전 또는 양방향 트리거 특성을 가져 SCR과 구별된다고 본다. 바리스터는 전압에 따라 저항이 급격히 변하는 비직선 V‑I 특성의 2단자 반도체 소자로 서지 보호에 사용하고, 제너 다이오드는 역바이어스 항복 영역에서 일정 전압을 유지하여 정전압 소자로 쓰인다고 정리한다.
전력용 MOS FET은 게이트가 절연되어 구동 전력이 작고 고속 스위칭이 가능하며 도통 시의 저항 온도 계수가 정(+)이라 열적으로 안정하고 병렬 접속에 유리하다고 본다. 직렬 접속은 전압 분배 균형 문제로 일반적으로 곤란하다고 정리한다.
반파 정류로 평균 직류전압 Vdc = Vm/π(=√2·Vs/π) 관계식을 사용하여 원하는 Vdc를 얻기 위한 변압기 2차 상전압 Vs를 역산한다. 예를 들어 Vdc = 200[V]이면 Vs = Vdc·π/√2 ≈ 200×3.14/1.414 ≈ 444[V]가 되어 반파 정류로 200[V]를 얻으려면 약 444[V]의 상전압이 필요하다고 계산한다.
SCR 점호 조건은 두 가지를 모두 만족해야 하므로 애노드-캐소드에 순방향 전압(A+, K-)을 걸고 게이트에 캐소드 기준 양(+) 전압을 인가하면 SCR이 턴온된다고 정리한다.
전압 증폭 소자로서 적합한 전계효과 트랜지스터(FET)를 맞게 설명한 것은?
정답 ② · 문항은 전계효과 트랜지스터(FET)의 기본 단자 구성에 대해 묻고 있다. FET는 게이트(Gate), 드레인(Drain), 소스(Source)의 세 단자로 구성되는 반면, Emitter·Base·Collector는 접합형 트랜지스터(BJT)의 단자명이다.
FET의 3단자는 Gate·Drain·Source이며, Emitter·Base·Collector는 BJT(접합 트랜지스터)의 단자명이다.
교류 200[V], 정류기 전압강하 10[V]인 단상반파 정류 회로의 저항부하의 직류 전압[V]은?
정답 ① · 문제는 단상 반파 정류 회로에서 정류기 전압강하를 고려한 직류 평균 전압을 묻고 있다. 반파 정류의 평균 계수는 약 0.45이므로 Vdc ≈ 0.45×(Vrms−Vdrop) = 0.45×(200−10) = 0.45×190 ≈ 85.5 V로, 약 80 V에 해당한다.
반파 정류의 직류평균 전압 ≈ 0.45V이므로 0.45 × (200−10) ≈ 85.5V, 즉 약 80V이다.
제너다이오드에 관한 설명중 틀린 것은?
정답 ② · 문제는 제너다이오드의 특성 설명 중 틀린 항목을 찾는 문제이다. 제너다이오드는 항복영역을 이용해 거의 일정한 전압을 유지하는 정전압 소자이며 온도계수는 제너전압 수준에 따라 부호가 달라지고 과전압 보호용으로도 사용된다.
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