전산기 전자산업기사 필기

공식 6, 문제 51

반도체·다이오드·정류

pn접합, 제너, 정류, 리플, PIV, 클램퍼

반도체 기초

진성 반도체(Si, Ge) / N형: 5가 도너(P, As, Sb) → 다수 캐리어 전자 / P형: 3가 억셉터(B, Ga, In) → 정공
전위 장벽: Si ≈ 0.7 V, Ge ≈ 0.3 V, 쇼트키 ≈ 0.2~0.4 V
전이(공핍층) 용량: 역바이어스, 버랙터 / 확산 용량: 순바이어스
역포화 전류: 10 °C마다 2배, $V_{F}$ : 약 −2.5 mV/°C
동저항 $r_{d} = V_{T} / I_{D} \approx 26 mV / I_{D}$

특수 다이오드

소자	동작	용도
제너	역방향 항복	정전압
버랙터	역바이어스 용량 변화	동조, AFC, VCO
터널(에사키)	부성저항	초고주파 발진·스위칭
쇼트키	금속-반도체, 소수캐리어 축적 없음	고속 정류, SMPS
PIN	진성층	고주파 스위치, 광검출
LED	발광(GaAs, GaP 등 화합물)	표시
포토	역바이어스 광전류	수광

정류 회로 (이상적, $V_{m}$ = 최댓값)

항목	반파	전파(중간탭)	브리지
평균값	$V_{m} / π$	$2 V_{m} / π$	$2 V_{m} / π$
실효값	$V_{m} /2$	$V_{m} / 2$	$V_{m} / 2$
맥동률	1.21	0.482	0.482
정류효율	40.6 %	81.2 %	81.2 %
PIV	$V_{m}$	$2 V_{m}$	$V_{m}$
리플 주파수	$f$	$2 f$	$2 f$

콘덴서 평활: $V_{r (pp)} \approx I_{D C} / (f_{r} C)$ → C↑, 부하전류↓, 주파수↑ 일수록 리플↓
클리퍼(리미터): 파형 일부 절단 / 클램퍼: 직류 레벨 이동(파형 모양 유지)
배전압 회로: 반파 배전압·전파 배전압(2V_m), n배압

핵심 공식

6개

반파 평균

$V_{a v g} = V_{m} / π$

전파 평균

$V_{a v g} = 2 V_{m} / π$

맥동률

$γ = \frac{V _{r, r m s}}{V _{D C}} = F^{2} - 1$

리플 전압

$V_{r (pp)} \approx \frac{I _{D C}}{f _{r} C}$

제너 전류

$I_{Z} = \frac{V _{in} - V _{Z}}{R _{S}} - \frac{V _{Z}}{R _{L}}$

다이오드 동저항

$r_{d} = \frac{26 mV}{I _{D}}$

자주 틀리는 포인트

3개

중간탭 전파 PIV는 2Vm, 브리지는 Vm
맥동률 반파 121 %·전파 48.2 %
클램퍼는 레벨 이동, 클리퍼는 절단