1

2 장 전자이론 및 기초소자회로

Vision

2

2.1 전자의 발견

electronsCCoulombe 1819 102.6110602.1

(a) 마찰 전의 전하 (b) 마찰에 의한 전하이동 (c) 대전후의 전하

정전기현상 ( 탈레스 ): 호박으로 털옷을 문지르면 털들이 무엇인가에 당겨지는 듯이 일어서고 가벼운 조각들을 끌어당기는 힘 : Elektron Electricity

톰슨은 이런 전기적인 흐름은 전자들의 이동으로 인해 발생되는 현상임을 밝혀냄

Vision

3

2.2 전자의 특성 및 기본 법칙

전기력 (Electric Force)

92

10988.8, Kr

pqKF

쿨롬 (Coulomb ) 의 법칙

전계 (Electric Field)

q

FE

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2.2 전자의 특성 및 기본 법칙 전압

전위란 기전력이 미치는 공간 , 즉 특정한 전계에서 정전하를 일정거리 이동시키는데 소요되는 일

x

xdxEV

0

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2.2 전자의 특성 및 기본 법칙

전류 (Current) 전류의 세기 (I) 는 1 초당 주어진 점을

지나는 전하의 양 (Q) 으로 정의되며 단위는 암페어 [A]

1A 란 ???

1mm 일 때 10A 의 전류를 흘리면 전자의 표류속도는 0.2mm/sec 전기의 전달 속도는 빛의 속도 ???

][At

QI

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2.2 전자의 특성 및 기본 법칙

직류와 교류

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2.2 전자의 특성 및 기본 법칙

전기장과 자기장의 관계

패러데이 법칙

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2.2 전자의 특성 및 기본 법칙

전자력 및 직류 전동기

                 

                 

Vision

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2.3 응용소자

전지 알렉산드로 볼타 1 볼트는 1 쿨롬의 전하가 1 주울의 일을 하는 것을 의미하며

(1V=1J/C) 전지가 일을 하는 전기적 능력은 기전력으로 표현

2

2

22:)(

2:)(

HeH

eZnZn

Vision

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2.3 응용소자

저항 (Resister): 전류의 흐름을 방해하는 성질

임피던스 (Impedance)

A

LR

R

VI ,

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11

2.3 응용소자

커페시터 ( Capacitor)

전하량 Q:

순시 전류 :dt

tdvC

dt

tCvd

dt

dQti

)())(()(

CVVd

AQ )(

)()()()( tCvtv

d

AtQ

Vision

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2.3 응용소자

인덕터 (Inductor)

전압 : dt

tdiLtv

)()(

자기장의 강하

자기장의 상쇄

코일을 이용한 인덕터

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2.3 응용소자

원자의 구조 & 자유전자 자유전자 : 원자핵으로 부터

멀리있는 전자는 외부에서 열 , 빛 등 의 에 너 지 를 받 아 에너지가 증가 ( 여기 ) 하며 , 곧 원자핵으로부터 이탈 ( 전리 ) 한 전자

에너지 대역 (Energy Band) 전도대 (conduction band) 가전자대 (valence band) 금지대 (forbidden badn)

보어의 원자구조

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2.3 응용소자

도체 (conductor), 반도체 (semiconductor), 절연체 (isolation) T=0K, VB : 전자로 가득 차있음 , CB : 비어있는 상태 VB 의 전자가 에너지 ( 열 , 빛 ) 얻으면 CB 로 이동 가능 CB 에 있는 전자 : 자유롭게 움직임

에너지 갭 (Energy Gap): 가전자대에서 전도대로 가기 위한 에너지 운반자 (Carrier): 전도대에서 전류를 흐르게 하는 음의 전하인 전자와

가전대에서 전류를 흐르게 하는 양의 전하인 정공 페르미 (Fermi) 에너지 : T=0K 에서 최외각 전자가 갖는 에너지 부도체 : 큰 Eg (>10eV) 도체 : 작은 Eg 반도체 : Eg = 1.11eV (Si)

Eg = 0.67eV (Ge) Eg = 1.43eV (GaAs)

정공 (hole)

자유전자 (electron)

Vision

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2.3 응용소자

도체 , 반도체 , 절연체

전도대 전도대

전도대

절연체 반도체 도체

Vision

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2.3 응용소자

반도체 소자 진성반도체 ( 불순물반도체 ): 실리콘 (Si), 게르마늄 (Ge),

셀륨 (Se)

정공 (hole)

Vision

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2.3 응용소자

반도체 소자 N(egative) 형 반도체 : 원자의 주변에 4 족원소보다 전자가 한 개

더 많은 5 족원소 (donor) 를 진성반도체의 결정구조에 주입하여 전자가 남아돌게 만든 반도체

전자가 남는 5 족원소 (donor) 전자가 이동하는 N 형반도체의 구조

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2.3 응용소자

반도체 소자 P(positive) 형 반도체 : 원자의 주변에 전자가 하나 적어 정공이

있는 상태의 3 족원소 (acceptor) 를 주입하여 정공이 남아돌게 만든 반도체

전자가 부족한 3 족원소 ((acceptor) 정공이 이동하는 P 형반도체의 구조

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2.3 응용소자

PN 접합 다이오드 : P 형과 N 형 반도체를 마주보게 붙이고 양끝에 전극을 부착하기 위해 금속판을 붙여 만든 소자

(a) 다이오드의 기호

(d) 역방향전압이 인가된 경우 (c) 순방향전압이 인가된 경우

(b) 공핍층의 형성

Vision

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2.3 응용소자

PN 접합 다이오드

         (b) 공핍층의 형성

(b) 역방향전압이 인가된 경우 (a) 순방향전압이 인가된 경우

( c ) 일반 다이오드 (d) 발광 다이오드

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2.3 응용소자

트랜지스터

증폭의 원리

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2.3 응용소자

트랜지스터

IC

IB

IE

전자의 이동

전류의 흐름)1(

B

C

ECBCE

I

I

IIIII

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응용소자

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2.4 기본회로 ( 시스템 ) 의 구성

옴의 법칙v= iR

Kirchhoff’s curent law

임의 node 의 모든 전류의 대수적합은 영 (zero) 이다 .Ex) i1 + (-i2) + (-i3) + i4 + (-i5) = 0

*Loop: any closed path in a circuit

* Branch: a single element such as a source or resistor

* Node: a point of connection between two or more branch

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2.4 기본회로 ( 시스템 ) 의 구성

Kirchhoff’s voltage law

임의 루프에서 모든 전압강하의 대수적합은 영 (zero) 이다 .Ex) v1 + (-v2) + (-v3) + v4 = 0;

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2.4 기본회로 ( 시스템 ) 의 구성

전압분배회로

전류분배회로

Vrr

rV

21

11

Irr

rI

21

21

+ V1 - + V2 - + V3 -