개념 한 쪽
소방설비산업기사(전기) 전자현상 및 전자소자 — 부성저항과 스위칭 소자의 특성
전자소자 문제는 어떤 소자가 부성저항을 갖는지, 다이오드와 사이리스터의 층 구조와 방향성이 어떻게 다른지, 전계효과 트랜지스터가 바이폴러 트랜지스터와 어느 지점에서 갈라지는지를 묻는 형태로 나온다.
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뜻
부성저항은 전류가 늘어날수록 전압이 줄어드는 구간이 있는 성질이다. UJT, 사이리스터, 트라이악, 터널다이오드가 이 구간을 가지며 스위칭이나 발진에 쓰인다. 정류다이오드는 순방향 전류가 한 방향으로 늘어나기만 하고 전압이 줄어드는 구간이 없으므로 부성저항 특성을 갖지 않는다. 부성저항 소자를 나열하고 없는 것을 고르는 문제에서는 정류다이오드가 빠지는 쪽이 답이 된다.
사이리스터는 PNPN 4층, 3개 접합 구조로 게이트 신호에 따라 켜고 끄는 소자다. 전류는 애노드에서 캐소드로 한 방향만 흐르므로 단방향 소자이고, 쌍방향으로 동작하는 소자는 트라이악이다. OFF 상태에서는 내부저항이 매우 높고 ON 상태에서 낮아지므로, 차단 상태의 저항이 낮다는 설명은 성질과 어긋난다. 층 구조를 묻는 문제에서는 4층이 사이리스터, 3층 2접합이 트랜지스터, 2단자 음저항 소자가 터널다이오드라는 구분이 기준이 된다.
전계효과 트랜지스터는 절연 게이트 구조라 입력저항이 매우 크고 게이트 전류가 거의 흐르지 않는다. 다수 캐리어로 동작해 온도가 오르면 전류가 줄어드는 음의 온도계수를 가지므로 열 폭주가 없고 2차 항복도 일어나지 않는다. 열 폭주와 2차 항복은 소수 캐리어로 동작하는 바이폴러 트랜지스터의 특성이다.
전압이나 온도에 따라 저항이 달라지는 소자도 구분한다. 인가전압에 따라 저항값이 비직선적으로 바뀌는 전압 의존 저항이 바리스터이고, 온도에 따라 저항이 변하는 소자는 서미스터다. 접점을 여닫을 때 코일의 자기에너지가 만드는 서지전압을 흡수해 불꽃을 없애는 데 쓰는 것도 바리스터다. 가변 정전용량으로 동조에 쓰는 바랙터, 고주파 발진과 스위칭에 쓰는 터널다이오드는 용도가 다르다.
예제
선지 판단은 부성저항 소자 목록에서 정류다이오드를 빼는지, PNPN 4층을 사이리스터로 보는지, 단방향과 쌍방향을 사이리스터와 트라이악으로 가르는지, 차단 상태의 저항이 높은지 낮은지, 열 폭주와 2차 항복을 바이폴러 트랜지스터 쪽에 두는지, 전압 의존 저항을 바리스터로 보는지에서 갈린다. 정류다이오드에 부성저항이 있다고 하거나, 사이리스터를 쌍방향으로 쓰거나, 전계효과 트랜지스터에 열 폭주가 있다고 한 선지는 소자의 구조와 특성에서 벗어난 것이다.
자주 묻는 물음
- 부성저항 특성을 갖는 소자는 무엇인가요?
- UJT, 사이리스터, 트라이악, 터널다이오드가 부성저항 구간을 갖습니다. 정류다이오드는 순방향 전류가 한 방향으로 늘어나기만 하므로 부성저항이 없습니다.
- 사이리스터와 트라이악은 어떻게 다른가요?
- 사이리스터는 PNPN 4층 3접합 구조로 전류가 한 방향으로만 흐르는 단방향 소자이고, 트라이악은 쌍방향으로 동작합니다. 사이리스터는 차단 상태에서 내부저항이 매우 높고 도통 상태에서 낮아집니다.
- 전계효과 트랜지스터에 열 폭주가 없는 이유는 무엇인가요?
- 절연 게이트로 입력저항이 매우 크고 다수 캐리어로 동작해 온도가 오르면 전류가 줄어드는 음의 온도계수를 갖기 때문입니다. 열 폭주와 2차 항복은 소수 캐리어로 동작하는 바이폴러 트랜지스터에서 나타나는 현상입니다.
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