능동소자 종류

안녕하십니까
전력전자와 각종MCU를 공부하고 최종적으로 작품을 만드는 전자 장인 입니다 
 
오늘의 주제는

능동소자의 종류 다이오드, 사이리스터(SCR), 트랜지스터(BJT), 모스펫(MOSFET), IGBT

 
저번 시간까지 수동소자인 저항, 커패시터, 인덕터를 공부하였습니다.
또한 인덕터의 한 단계 나아가서 변압기까지 알아보았습니다.
오늘부터는 수동소자가 아닌 능동소자를 공부해보는 시간을 가지도록 하겠습니다.
 
가장 첫 시간으로 능동소자의 종류에 대하여 살펴보고 천천히 능동소자의 특징에 대하여
알아보는 시간을 가지도록 하겠습니다.
 

1. 수동소자와 능동소자의 차이

수동소자와 능동소자의 차이에 대하여 아시나요?
명칭에서 알 수 있듯이 
수동소자는 "우리가 원하는 값을 제어하지 못하는 즉, 주는 대로 나오는 소자를 뜻합니다"
따라서 에너지를 저장/방출하거나 소비하는 형태로만 동작을 하게 됩니다.
 
하지만 능동소자는 명칭에서와 같이 능동적인 일을 진행할 수 있습니다.
수동소자처럼 에너지를 저장하고 소비하는 형태는 아니지만 우리가 제어를 할 수 있으며
그 제어에 따라 원하는 출력을 얻어낼 수 있는 특징이 있습니다.
 
이렇게 능동소자는 전력전자를 공부하는 학생에게서 떨어질 수 없는 잊어서는 안 되는 소자이며
수동소자처럼 매우 중요한 역할을 담당하고 있습니다.
 

2. 능동소자의 종류

이번 시간에는 간단하게 능동소자의 종류를 알아보는 시간을 가지며 
자세한 내용은 추후 게시물로 하나하나 살펴보도록 하겠습니다.
 

1. 다이오드

다이오드의 가장 큰 특징으로는 온/오프 제어가 불가능한 특징이 있습니다.
다이오드 기호는 아래 그림과 같이 나타낼 수 있으며
양의 단자는 A "에노드", 음의 단자는  K, C "캐소드"라고 명칭 합니다.
책에 따라 캐소드를 K로 표현하거나 C로 표현하기 때문에 모두 명시하였습니다.
 

다이오드 기호 및 전압/전류

 
두 번째 특징으로는 A에서 K로만 전류가 흐르는 특징이 있습니다. 
이러한 이유는 다이오드의 반도체 특성 시간에 자세히 살펴보겠습니다.
 

2. 사이리스터(SCR)

사이리스터는 게이트 단에 신호를 인가하게 되면 turn on 가능한 소자이며
turn off는 제어할 수 없는 특징을 가지고 있습니다.
사이리스터에 흐르는 전류가 0 이하가 되어야 turn off 가능합니다.
 
사이리스터 기호는 아래 그림과 같으며,
게이트 단에는 신호를 인가해주어 turn on 동작을 진행합니다.
양의 단자를 "A", 음의 단자를  "K"로 표기하며
다이오드와 동일하게 A에서 K로만 전류가 도통합니다.

사이리스터 기호 및 전압/전류

 

3. BJT

BJT는 "Bipolar Junction Transistor"로 명칭 하며, 트랜지스터라고 일방적으로 부릅니다.
BJT부터는 온/오프 제어 가능한 소자이며,
원하는 제어를 위하여 BJT, MOSFET, IGBT 등 많은 스위치 소자로 회로를 구성하기 시작합니다.
트랜지스터는 전류 제어 소자라는 가장 큰 특징을 가지고 있습니다.
B "베이스" 단에 전류를 인가해주면 E "이미터", C "컬렉터" 단으로 전류가 흐르는 특징이 있습니다.
 
E에서 C로 화살표가 들어가는 방향으로 표현되어있으며 PNP 특성을 가진 트랜지스터이며
화살표가 나오는 방향으로 표현되어 있으면 NPN 특성을 가진 트랜지스터입니다.
자세한 물성은 추후 살펴보겠습니다.
 

트랜지스터 기호 및 전류방향

4. 모스펫 (MOSFET)

MOSFET는 "Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor"로 명칭 하며 
"모스펫" 혹은 "모스 FET"라고 불립니다.
MOSFET는 온 오프 제어 가능한 소자이며, BJT와는 다르게 전압 제어 소자입니다.
G를 "게이트", D를 "드레인", S를  "소스"라고 명칭 하며 GS단에 인가되는 전압의 크기에 따라 
MOSFET의 turn on, off를 결정하게 됩니다. 
이러한 이유는 MOSFET 반도체 특성에서 자세히 알아보겠습니다.
 
MOSFET의 기호는 아래 그림과 같으며 반도체 공정 특성상 역 병렬 다이오드가 존재하게 되어
기호에도 다이오드가 표현되게 됩니다. 
이러한 다이오드를 통해서 전류가 도통할 수 있기 때문에 양방향 전류 도통이 가능한 소자입니다.

MOSFET 기호 및 전압/전류

5. IGBT

IGBT는 BJT와 MOSFET의 장점을 결합한 소자를 개발하면서 발명한 소자입니다.
따라서 IGBT의 기호는 BJT와 MOSFET를 결합한 형태로 나타내며 간략화한 기호 또한 절연되어있는 BJT의 
모습으로 표현하고 있습니다.
 

IGBT 기호 및 전압/전류

하지만 IGBT는 내부 반도체 특성상 MOSFET와는 다르게 역 병렬 다이오드가 포함되어 있지 않습니다.
따라서 MOSFET와 같이 역전류를 사용하는 조건에서의 회로는 다이오드를 추가 구성해주거나
IGBT 생산에서부터 역 병렬 다이오드가 포함된 IGBT를 구입하여 설계를 진행하여야 합니다.
또한 MOSFET와 같은 특징으로 GE전압에 따라 IGBT turn on/off 제어가 가능합니다.
 
 
이렇게 오늘은 능동소자의 종류를 알아보는 시간을 가졌습니다.
지금까지 전력전자와 각종MCU를 공부하고 최종적으로 작품을 만드는 전자 장인 이었습니다
감사합니다