개념 한 쪽
전기공사기사 전력용 반도체소자 종류별특징 — 단자·제어 방식과 센서 소자
전력용 반도체소자 종류별특징 세트는 소자를 단자 이름과 제어 방식으로 식별하고, 게이트로 켜는 소자와 스스로 켜지는 소자, 자기소호가 되는 소자와 안 되는 소자를 가른다. FET는 게이트·드레인·소스의 세 단자, BJT는 에미터·베이스·컬렉터의 세 단자다. 센서 쪽에서는 빛을 받으면 저항이 줄어드는 광전효과, 온도차를 전압으로 바꾸는 열전대, 온도에 따라 저항이 변하는 서미스터, 열저항 계산이 함께 나온다.
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뜻
소자를 식별하는 첫 단서는 단자 이름이다. FET의 단자는 게이트(G)·드레인(D)·소스(S)이고, 에미터(E)·베이스(B)·컬렉터(C)는 BJT의 단자다. FET는 게이트 전압으로 채널 전류를 제어하는 전압제어형이다. 문제에 게이트-소스, 드레인 같은 말이 나오면 FET로 좁혀진다.
턴온 방식은 게이트 유무로 갈린다. SCR·GTO·SCS는 게이트 전극에 신호를 넣어 켜고, SSS는 게이트 전극이 없어 인가 전압이 브레이크오버 값에 도달하면 스스로 켜진다. 자기소호는 도통 중인 소자를 게이트 신호로 스스로 끄는 기능이다. GTO, 전력 MOSFET, IGBT는 자기소호가 가능하지만, 다이오드는 게이트가 없어 외부 신호로 차단할 수 없다.
반도체에 빛을 비추면 전자-정공 쌍이 생겨 캐리어 수가 늘고, 그만큼 전도율이 커져 저항이 감소한다. 이것이 광전효과(내부 광전효과)다. 제벡 효과는 두 금속 접합부의 온도차로 기전력을 얻는 현상이고, 홀 효과는 자기장에 의한 전압 발생이므로 빛과 구분한다.
센서는 입력과 출력의 물리량을 짝지어 외운다. 열전대는 두 금속 접합부의 온도차를 기전력으로 바꾸는 온도→전압 변환 소자이고, CdS는 빛→저항, 광전지는 빛→전압, 차동변압기는 변위→전압을 담당한다. 서미스터는 온도에 따라 저항이 크게 변하는 소자이고, 일반적으로 쓰는 NTC형은 온도가 오르면 저항이 감소한다. 온도가 오르면 저항이 커지는 PTC형과 방향을 혼동하지 않는다.
트랜지스터의 열저항은 접합 온도와 주위 온도의 차이를 컬렉터 손실로 나눈 값이다. θ=(Tj−Ta)/Pc이므로 75도와 35도의 차이 40도를 10W로 나누면 4℃/W다. 온도차만 구한 40이나 분자와 분모를 뒤집은 값이 함정 선지가 된다.
예제
출제 패턴은 네 가지다. ① 단자 이름 — G·D·S는 FET, E·B·C는 BJT다. ② 게이트 유무 — SSS는 게이트 없이 브레이크오버로 켜지고, SCR·GTO·SCS는 게이트로 켠다. ③ 자기소호 — GTO·전력 MOSFET·IGBT는 가능하고 다이오드는 불가하다. ④ 센서·열저항 — 열전대는 온도→전압, NTC는 온도↑ 저항↓, θ=(Tj−Ta)/Pc다.
자주 묻는 물음
- FET와 BJT의 단자 이름은 각각 무엇인가요?
- FET는 게이트·드레인·소스(G·D·S), BJT는 에미터·베이스·컬렉터(E·B·C)입니다. FET는 전압제어형입니다.
- 게이트 신호 없이 스스로 켜지는 소자는?
- SSS입니다. 게이트 전극이 없어 인가 전압이 브레이크오버 값에 도달하면 자기 턴온됩니다. SCR·GTO·SCS는 게이트로 턴온합니다.
- Tj가 75도, Ta가 35도, Pc가 10W일 때 열저항은?
- θ=(Tj−Ta)/Pc=(75−35)/10=4℃/W입니다. 온도차 40도를 손실 10W로 나누는 구조입니다.
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