개념 한 쪽
전력용 반도체소자는 전압 안정화, 전압·전류 제어, 그리고 교류의 직류 변환 같은 전력 변환과 제어에 핵심 역할을 한다고 본다. 대표 소자로 제너다이오드, FET, 사이리스터계 소자, 정류기에 관한 기초 개념을 숙지해야 한다고 본다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「전력용 반도체소자의 기초」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 다이오드 용도 판별 | 1 | 제너 등 다이오드별 용도와 특성을 구분하기 |
| 트랜지스터 종류 식별 | 1 | FET의 단자명과 BJT와의 구분을 묻기 |
| 정류회로 평균전압 계산 | 1 | 정류 방식별 평균 직류전압을 계산하는 절차를 묻기 |
제너다이오드는 역방향에서 항복영역에 들어가면 양단 전압이 거의 일정하게 유지되는 성질을 가진 소자다. 이 성질을 이용해 정전압 회로나 기준전압 회로에 쓰인다고 본다. 전류의 방향은 인가된 극성(순·역방향)에 의해 정해지며 전압 크기와는 본질적으로 구분된다고 본다. 또한 제너의 온도계수는 항복전압 크기 수준에 따라 달라지며 저전압 제너는 음성, 고전압 제너는 양성 온도계수를 보인다고 본다.
전계효과 트랜지스터(FET)는 게이트(G), 드레인(D), 소스(S) 세 단자로 구성되며 게이트 전압으로 드레인-소스 전류를 제어하는 전압제어식 증폭 소자다. 접합형 트랜지스터(BJT)의 단자명인 에미터(E), 베이스(B), 콜렉터(C)와 혼동해서는 안 된다. FET와 BJT는 단자 조합(GDS vs EBC)으로 간단히 구분할 수 있다고 본다.
정류회로는 교류를 직류로 변환하는데, 반파와 전파 등 방식에 따라 얻어지는 직류 평균값 배수가 다르다. 반파 정류의 평균 직류 전압은 Vdc ≈ √2V/π(약 0.45V)이고 전파 정류는 약 0.9배 수준으로 더 큰 평균값을 얻는다. 정류기(다이오드) 자체의 전압강하가 있으면 먼저 전원 전압에서 그 강하를 빼고 평균값 배수를 곱하는 순서로 계산해야 한다.
펄스 수가 많을수록 리플계수(Ripple factor)가 작아져 평활한 직류가 나오며, 대체로 단상반파 > 단상전파 > 3상반파 > 3상전파 순으로 맥동율이 감소한다. 정류용 반도체 소자(SCR 등)는 소형·경량에 효율이 높고 고속 동작과 고전압·대전류 정류에 적합하므로 기존의 기계식 정류기류보다 우수한 경우가 많다고 본다.
1) 제너다이오드 용도 판별 예시: 역방향 항복에서 전압이 고정되는 특성을 이용해 출력 전압을 일정하게 잡는 회로에 제너를 사용한다고 연결하면 정답으로 도출된다. 전류 방향이 전압의 '크기'로 결정된다는 설명은 성립하지 않으므로 오답으로 소거한다.
2) 정류계산 예시: 입력 교류 전압 200[V], 정류 소자의 순방향 전압강하가 10[V]인 경우의 단상 반파 정류에서 저항부하의 평균 직류전압은 먼저 강하를 뺀 값 200−10=190[V]를 기준으로 반파 계수 0.45를 곱한다. Vdc ≈ 0.45×190 ≈ 85.5[V]이므로 약 80[V] 수준으로 판단한다.
SCS(Silicon Controlled. SW)의 특징이 아닌 것은?
정답 ② · SCS(Silicon Controlled Switch)는 게이트 전극이 2개인 4단자 소자로, 양방향으로 턴온/턴오프 제어가 가능한 특징을 가집니다. 따라서 보기의 '쌍방향 2단자 사이리스터'라는 설명은 SCS의 특징이 아닙니다.
SCS는 게이트 2개 달린 4단자 소자, '쌍방향 2단자'는 SSS·다이악이다.
다음의 소자 중 쌍방향성 다이리스터가 아닌 것은?
정답 ④ · 문항은 쌍방향성 다이리스터(양방향 도통 가능한 소자)가 아닌 것을 찾는 문제이다. SCR은 PNPN 구조의 단방향 소자로 역방향에서는 도통하지 못하므로 쌍방향성 소자가 아니다.
SCR은 단방향 사이리스터, DIAC·TRIAC·SSS는 쌍방향성 다이리스터이다.
다이액(DIAC)에 대한 설명 중 잘못된 것은?
정답 ② · 다이액(DIAC)은 양방향 다이오드 사이리스터라고도 하며, 양방향으로 트리거(트리거)되는 2단자 소자입니다. 구조는 NPNPN의 5층 구조이거나 양방향성을 가진 특수 구조입니다.
다이액은 NPN 3층의 2단자 양방향 소자이며, '4단자 사이리스터'는 잘못된 설명이다.
전기공사산업기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.