전기공사기사 광전소자 및 집적회로소자 — 제너 정전압과 전력 MOSFET 특성

제너다이오드는 일반 정류 다이오드와 쓰임이 다르다. 순방향이 아니라 역방향 항복 영역에서 동작하며, 전류가 늘어도 양단 전압이 제너 전압으로 일정하게 유지된다. 이 성질로 안정화 전원의 기준 전압을 만들고, 과전압에서 회로를 보호한다. 검파는 게르마늄 다이오드, 정류는 실리콘 다이오드가 맡는 역할이므로 "제너=정전압"을 먼저 떠올리면 선지가 정리된다. 저전압 제너는 음의 온도계수, 고전압 제너는 양의 온도계수를 보이고, 전류의 방향은 전압의 크기가 아니라 인가 극성이 정한다.

전력용 MOSFET은 게이트가 절연되어 있어 스위치를 켜는 데 전류가 거의 필요 없다. 입력 임피던스가 커 구동 전력이 작고, 전하 저장이 적어 고속 스위칭이 가능하다. 도통 저항은 온도가 오르면 커지는 정(+)의 온도계수를 보여 열이 나면 전류가 스스로 줄어드는 방향으로 작동하므로, 소자를 병렬로 묶어 전류를 나누는 데 유리하다. 반면 직렬 접속은 소자 사이의 전압 분배를 균형 있게 맞추기 어려워 곤란하다. "직렬 접속이 가능하다"는 설명은 전력용 MOSFET의 특징으로 틀린 선지다.

단자 수와 방향성은 소자 이름과 함께 외운다. 다이액은 NPN 3층 2단자 양방향 소자로 쌍방향 음성저항을 이용해 트라이액을 점화한다. SCR은 4층 3단자 단방향, SCS는 게이트가 두 개인 4단자, SSS는 게이트가 없는 2단자 양방향이다. 바리스터는 전압에 따라 저항이 급변하는 비직선 전압-전류 특성의 2단자 소자이고, 서지와 뇌침으로부터 회로를 보호한다.

FET는 다수 캐리어 하나만으로 동작하는 단극성 소자이고, 게이트 전압으로 채널 전류를 제어한다. 접합형과 MOS형으로 나뉘며, "쌍극성"이라는 표현은 BJT에만 해당한다. 게이트-소스 전압으로 드레인 전류를 제어하는 소자를 물으면 MOSFET이고, SCR·GTO는 전류제어형 사이리스터, IGBT는 단자 이름부터 다르다.

전압지지는 스위치를 끈 상태에서 양단 전압을 버티는 능력이다. MOSFET은 드레인-소스 사이의 기생 바디 다이오드 때문에 역전압에서 도통하므로 단방향 전압지지 소자다. SCR과 GTO는 순·역방향 전압을 모두 차단하고 IGBT도 차단 시 양단 전압을 지지해 양방향에 속한다.