반도체의 저항-온도 관계
반도체의 저항-온도 관계는 전기의 본질 단원의 개념이다. 공개 문항 5개를 한데 묶었다.
개념 설명
반도체: 온도↑ → 저항↓ (부특성, 청개구리)
반도체는 온도가 올라가면 저항값이 낮아지는 부(負)특성을 가진다. NTC(부특성) 소자가 대표적.
관련 문항 5개
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문항 1 전선에 일정량 이상의 전류가 흘러서 온도가 높아지면 절연물을 열화하여 절연성을 극도로 악화시킨다. 그러므로 도체에는 안전하게 흘릴 수 있는 최대 전류가 있다. 이 전류를 무엇이라 하는가?
정답과 해설
정답 4번
전선이 타지 않고 안전하게 계속 흘릴 수 있는 최대 전류를 '허용전류'라고 한다.
풀이
정답 근거: 도체에 안전하게 연속적으로 흘릴 수 있는 최대 전류 한도를 허용전류라고 하며, 이를 초과하면 절연물이 열화되어 절연성능이 급격히 저하됩니다.
오답 소거: 불평형전류·평형전류는 다상 회로의 전류 균형 상태를 나타내는 용어이며, '출 전류'는 표준 용어가 아닙니다.
핵심 공식: 없음(개념 정의).
암기팁: '전선의 안전 최대 전류=허용전류(절연물 보호 기준)'.
처음이라면
수도관을 생각해 봅시다. 물이 너무 세게 흐르면 관이 견디지 못하고 망가지듯이, 전선에도 전류(전기의 흐름)가 너무 많이 흐르면 열이 나서 전선을 감싸는 절연물(전기가 새지 않게 싸는 비닐 코팅 같은 것)이 손상됩니다.
그래서 전선마다 '이만큼까지는 괜찮아!'라는 안전한 최대 전류가 정해져 있는데, 이것을 '허용전류'라고 부릅니다.
문제 지문의 '안전하게 흘릴 수 있는 최대 전류'라는 표현이 바로 허용전류의 정의 그대로입니다.
이런 문제가 나오면 → '안전하게 흘릴 수 있는 최대 전류'라는 문구가 보이면 무조건 허용전류를 고르자!
한 걸음 더
허용전류: 도체(절연 전선)의 온도 상승 한계 이내에서 연속 통전 가능한 최대 전류.
지문의 '안전하게 흘릴 수 있는 최대 전류' = 허용전류의 정의 그 자체이다.
오답: ②불평형전류, ③평형전류는 3상 회로에서 각 상 전류의 균형 여부를 나타내는 용어로 무관하며, ①출 전류는 표준 용어가 아니다.
이 유형 패턴: '허용'은 '허락된 한계'라는 뜻 → 안전 한계 전류 = 허용전류.
시험 꿀팁: 허용전류·안전전류·통신선 누설전류 등 '전류의 명칭' 문제는 정의 문장의 핵심 키워드(안전, 최대, 연속)로 매칭하면 쉽게 풀린다.
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문항 2 다음 중에서 일반적으로 온도가 높아지게 되면 전도율이 커져서 온도계수가 부의 값을 가지는 것이 아닌 것은?
정답과 해설
정답 1번
금속(구리)은 온도가 오르면 저항이 커지는 정(+)의 온도계수를 가지므로, 부(-) 온도계수가 아닌 것은 구리다.
풀이
정답 근거: 구리(동선) 등 일반 금속 도체는 온도가 상승하면 원자 진동이 커져 전자의 이동을 방해하므로 저항이 오히려 증가하는 정(+)의 온도계수를 가진다.
따라서 '온도 상승 시 전도율이 커지는(저항 감소, 부의 온도계수)' 물질이 아닌 것은 구리이다.
오답 소거: 반도체·탄소·전해액은 온도가 오르면 캐리어(전자, 이온 등)가 늘어나 저항이 감소하는 부(-)의 온도계수를 가지는 대표적 물질이다.
핵심 개념: 금속=정(+)의 온도계수(저항 증가), 반도체·탄소·전해액=부(-)의 온도계수(저항 감소).
암기팁: '금속만 온도 오르면 저항도 오른다(예외)'로 구리를 따로 기억.
처음이라면
철사를 뜨겁게 달구면 안쪽이 뒤숭숭해져서 사람이 지나다니기 어려워지듯이, 구리 같은 금속은 온도가 오르면 원자들이 더 세게 흔들려서 전자(전기를 나르는 작은 입자) 이동을 방해합니다. 그래서 금속은 온도가 오르면 저항이 '커지고', 이걸 정(+)의 온도계수라고 불러요.
반면 반도체, 탄소, 전해액은 반대예요. 온도가 오르면 전기 나르는 입자(전자, 이온) 수 자체가 늘어나서 저항이 '작아집니다'. 이게 부(-)의 온도계수입니다.
문제는 '부(-) 온도계수가 아닌 것'을 찾는 것이니 → 금속인 구리가 정답!
이런 문제가 나오면 → '금속만 온도 오르면 저항 증가, 나머지(반도체·탄소·전해액)는 저항 감소'로 외우면 됩니다.
한 걸음 더
금속 도체(구리)는 온도 상승 시 원자의 열진동이 커져 저항이 증가 → 정(+)의 온도계수를 가진다. 반도체·탄소·전해액은 온도 상승 시 캐리어 수가 증가해 저항 감소 → 부(-)의 온도계수.
따라서 부(-)가 아닌 것은 ① 구리.
이 유형 패턴: 온도계수 부호 문제는 '금속=정(+), 반도체·탄소·전해액·절연체=부(-)'로 이분법 암기.
시험 꿀팁: 선택지에 금속이 하나 섞여 있으면 그게 답인 경우가 많다.
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문항 3 전동기의 온도 상승에 대한 보호는?
정답과 해설
정답 4번
온도 상승(열)을 감지하는 것은 이름에 '열'이 들어간 열동 계전기다.
풀이
정답 근거: 열동 계전기(Thermal Relay, THR)는 전동기에 흐르는 과전류로 인한 발열을 감지해 온도 상승 시 회로를 차단, 전동기 소손을 방지하는 보호장치이다.
오답 소거: 비율차동계전기는 변압기 등의 내부 고장 검출, 부족전압계전기는 전압 저하 검출, 과전류계전기는 순간 과전류 검출용으로 각각 열(온도) 자체를 감지하는 기능은 없다.
핵심 개념: 열동 계전기는 바이메탈의 열팽창 원리를 이용해 온도 상승을 검출한다.
암기팁: '열동=열+동작, 온도로 동작하는 계전기'로 기억한다.
처음이라면
전기밥솥이 너무 뜨거워지면 스스로 불을 꺼주듯이, 전동기도 열이 많아지면 끊어주는 장치가 필요합니다.
이 문제의 핵심 단어는 '온도 상승'입니다.
열동 계전기(열로 움직이는 스위치)는 바이메탈(열을 받면 휘어지는 금속판)이 전동기의 열을 느끼면 접점이 휘어서 회로를 끊어줍니다.
① 비율차동계전기 → 변압기 내부 고장 감지
② 부족전압계전기 → 전압이 낮아졌을 때 감지
③ 과전류계전기 → 전류가 순간적으로 너무 많을 때 감지
④ 열동 계전기 → 열(온도)을 직접 감지 ★
이런 문제가 나오면 → '온도=열'이 들어간 열동 계전기를 골라라.
한 걸음 더
전동기의 과부하(overload)로 인한 온도 상승은 열동 계전기(THR)로 보호한다. 바이메탈의 열팽창 차이를 이용해 열을 직접 감지해 회로를 차단한다.
① 비율차동계전기: 변압기·발전기 내부 고장(층간短路) 검출, ② 부족전압계전기: 전압 저하 검출, ③ 과전류계전기: 단락 등 순간 과전류 검출 — 모두 열 자체를 감지하지 않는다.
이 유형 패턴: '온도 상승·과부하·열' → 열동 계전기.
꿀팁: 과전류계전기는 '순간', 열동 계전기는 '시간이 걸리는 열'이라고 구분하면 헷갈리지 않는다.
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문항 4 반도체의 특성이 아닌 것은?
정답과 해설
정답 4번
반도체는 불순물(도핑)을 넣으면 전기를 잘 통하게 되어 저항이 감소하므로, '저항이 증가한다'는 ④가 틀린 설명이다.
풀이
정답 근거: 반도체는 불순물(도펀트)을 첨가하면 캐리어(전자 또는 정공) 농도가 증가하여 저항이 오히려 감소한다.
따라서 '불순물이 섞이면 저항이 증가한다'는 설명은 실제와 반대로 틀린 내용이다.
오답 소거: 전도성이 금속과 절연체의 중간인 것, 온도 상승 시 저항이 감소하는 것(부온도계수), 매우 낮은 온도에서 절연체처럼 되는 것은 모두 반도체의 올바른 특성이다.
핵심 개념: 반도체는 불순물 첨가(도핑)로 전도성이 크게 향상되는 것이 핵심 원리(N형/P형 반도체 제작 원리).
암기팁: '불순물=도핑=저항 감소(전도성 증가)'로 반대 방향임을 기억.
처음이라면
반도체(전기를 잘 통하지도, 안 통하지도 않는 물질)는 깨끗한 상태보다 불순물을 조금 섞어주면 오히려 전기를 훨씬 잘 통하게 돼요. 마치 맑은 물에 설탕을 타면 전기가 잘 통하는 것처럼, 반도체도 '도핑(불순물 주입)'이라는 작업을 하면 전기 길이 많아집니다.
선택지 하나씩 보면:
① 금속(전기 잘 통함)과 절연체(전기 안 통함)의 중간 → 맞는 특성
② 온도가 올라가면 저항이 줄어듦 → 맞는 특성
③ 아주 낮은 온도에서는 절연체처럼 됨 → 맞는 특성
④ 불순물이 섞이면 저항이 증가 → 실제로는 저항이 '감소'하므로 틀림
이런 문제가 나오면 → '불순물(도핑) = 저항 감소, 전도성 증가'로 외우면 된다.
한 걸음 더
반도체 특성: ① 금속과 절연체의 중간 전도성, ② 부온도계수(온도↑ → 저항↓), ③ 절대영도 부근에서 절연체화는 모두 옳은 설명. 반면 도핑(불순물 첨가) 시 캐리어(전자·정공) 농도 증가로 저항은 감소하므로 ④가 반대 설명이라 오답.
이 유형 패턴: 반도체 문제는 '온도·불순물 → 저항 감소'라는 반금속적 성질이 핵심.
시험 꿀팁: 금속은 온도·불순물↑ → 저항↑이지만 반도체는 정반대(↓)임을 대비로 암기.
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문항 5 역병렬 결합의 SCR의 특성과 같은 반도체 소자는?
정답과 해설
정답 4번
트라이악(Triac)은 SCR 두 개를 서로 반대 방향으로 붙여 놓은(역병렬) 것과 똑같이 작동하는 양방향 스위치 소자이다.
풀이
정답 근거: 트라이악(Triac)은 두 개의 SCR을 서로 반대 방향(역병렬)으로 접속한 것과 동일한 전기적 특성을 가지는 쌍방향성 사이리스터로, 교류 양방향 스위칭·위상제어에 사용된다.
오답 소거: PUT·UJT는 단방향 트리거 소자로 SCR의 게이트 구동 등에 쓰이고, Diac은 트리거 다이오드로 트라이악을 구동하는 보조 소자이지 SCR 역병렬 자체와는 구조가 다르다.
핵심 공식: 없음(반도체 소자 구조 비교 암기).
암기팁: 'Triac=SCR 2개를 등 맞대고 붙인 것(역병렬)'이라는 구조를 이미지로 기억한다.
처음이라면
전기 스위치 중 SCR은 한 방향으로만 전류를 흘려보낼 수 있어요. 마치 일방통행 도로 같죠. 그런데 교류(AC, 방향이 계속 바뀌는 전기)는 양쪽 방향으로 흐르니까 SCR 하나로는 부족합니다.
그래서 SCR 두 개를 서로 등을 맞대고(역병렬, 즉 반대 방향으로 나란히) 연결하면 양쪽 방향 모두 통과시킬 수 있어요. 이것을 하나의 부품으로 만든 것이 바로 트라이악(Triac, 쌍방향 사이리스터)입니다.
정리하면:
Triac = SCR 2개 역병렬 = 양방향 스위치
이런 문제가 나오면 → '역병렬 SCR = Triac'이라고 외워 두면 바로 정답!
한 걸음 더
Triac은 2개의 SCR을 역병렬 접속한 것과 등가인 쌍방향 소자로, 교류 전 전류 제어(위상제어)에 사용된다.
오답: PUT·UJT는 단방향 트리거 소자, Diac은 트라이악 구동용 트리거 다이오드로 역병렬 구조가 아니다.
이 유형 패턴: '역병렬 SCR' 키워드가 나오면 무조건 Triac.
꿀팁: Diac(트리거) → Triac(주 스위치) 세트로 함께 암기.