회로 설계 : 기초부터 실무까지!

2023.07.19 - [아날로그 회로] - #12-1. MOSFET을 이용한 증폭기 설계 - 버퍼(Buffer) 회로 전자회로를 배웠다면 MOSFET이 굉장히 익숙할거에요. MOSFET의 동작 특성에 대해 상세하게 배웠을지라도 이를 이용하여 증폭기를 설계하는게 참 쉽지 않죠. 이론은 충분히 알고 있지만 실전 경험이 부족하다보니 설계하기가 참 막막합니다. 그래서 MOSFET을 이용한 증폭기를 어떻게 설계하는지 실제 사용하는 소자와 회로 시뮬레이터를 활용하여 상세하게 설명해 볼까 합니다. 사용할 Spice 툴은 ADI 사에서 제공하는 LTSpice 입니다. 이 외에도 여러가지 무료 툴들이 있지만 다양한 소자 모델을 제공하고, 인터페이스가 편리한 LTSpice를 사용하도록 하겠습니다. 먼저, 증폭기를 설계하..

풀업 저항과 풀다운 저항은 정말 굉장히 많이 들어봤을 거에요. 회로 설계에 있어서 너무너무 기본이 되는 저항 입니다. 실무를 하다보면 자연스럽게 이해가 되는 내용이기도 하지만 처음 접하는 분들은 많이 헷갈릴 수 있어요. 그래서 이 풀업 저항과 풀다운 저항에 대해 쉽고 자세하게 풀어보려 합니다. 우선, 풀업 저항과 풀다운 저항이라는 용어부터 살펴 봅시다. 그림 1의 좌측 그림과 같이 어떤 핀 또는 노드의 전압을 전원(VDD)으로 주면 전압이 높은 곳으로 끌어 올리는 모양새이기 때문에 풀업(Pull up), 접지(GND)로 주면 전압이 낮은 곳으로 끌어 내리는 모양새이기 때문에 풀다운(Pull down) 이라고 합니다. [그림 1. 풀업, 풀다운 용어 이해] [그림 2. 풀업, 풀다운 저항 용어 이해] 그러..

그림 1은 MOSFET을 나타내는 다양한 심볼들 입니다. 화살표도 제각각이고 뭔가 조금씩 다 모양이 다릅니다. 대부분의 PMOS 심볼은 Gate에 동그라미를 그려서 이게 붙어 있으면 아 PMOS인가보다 싶지만 또 어떤 심볼은 동그라미를 표현하지 않기도 합니다. 하나의 MOSFET을 굉장히 다양하게 그려서 헷갈리죠. 그래봐야 다 똑같은 MOSFET인데,, MOSFET을 많이 보다 보면 그림 2와 같이 어떤 심볼은 Drain과 Source에 웬 다이오드가 하나 붙어 있는 걸 볼 수 있습니다. MOSFET은 Gate, Drain, Source로 구성된다고 배웠는데 이 다이오드는 뭘까? 라는 생각을 많이 가질거에요. 저 또한 그랬습니다. 사실 MOSFET은 Gate, Source, Drain 외에 Body라는 ..

전원부에서 MOSFET의 스위칭 동작에 의한 DC 전압을 생성하는데 스위치를 ON/OFF 할 때 마다 전류의 변화가 발생합니다. 이 전류의 변화는 기생 인덕턴스 성분에 의해 과도 전압을 발생시킵니다. 즉, 링잉 또는 공진이라고 하는 원치않는 현상이 발생하게 됩니다. 스너버 회로란 이 과도 전압의 영향성을 저감시켜주는 역할을 한다고 이해하시면 됩니다. 그림 1과 같이 5V 전원을 3.3V로 다운 시켜주는 Buck 컨버터가 있다고 합시다. 그림 1의 입력 전압 Vin이 구형파 형태로 주어질 때, Drain 노드에서의 파형은 그림 2와 같이 깨끗한 형태의 구형파가 출력됩니다. 5V를 가지고 3.3V를 만들어야 하기 때문에 PMOS가 좀 더 오래 켜져 있어야해서 duty 비는 약 70%정도가 됩니다. 실제 환경..

역극성이란? 간단하게 배터리의 (+)단자와 (-)단자를 반대로 연결한 경우를 뜻합니다. 이런 경우 다양한 부품 소자들이 손상될 수 있습니다.예를들면, 탄탈과 같이 극성이 있는 캐패시터는 전압이 반대로 걸릴 경우 파손되기 쉽습니다. 다이오드 또한 역방향 전압을 지나 항복전압(breakdown voltage)에 다다르면 순간적으로 강한 전류를 발생시키면서 파손이 되죠. 그러면 당연하게도 트랜지스터 역시 파손될 가능성이 있겠지요. 트랜지스터는 두 개의 다이오드로 이루어져 있으니까요. 이 외에도 몇몇 취약한 IC들은 전압이 반대로 걸릴 경우 파손될 우려가 있습니다. 한 곳에서 파손되기 시작하면 점차 범위를 넓혀 나가기 때문에 전원을 연결했을 때 뭔가 심상치않은 소리가 나거나 연기가 피어오르면 바로 전원을 차단해..

앞서 #8 전송선로란? 임피던스 매칭? :: 아날로그 회로 설계 (tistory.com)에서 전송선로의 개념에 대해 알아보았습니다. 그리고 반사계수와 투과계수를 임피던스 매칭과 연관지어 설명하였습니다. 요약하면 반사계수가 0이면 임피던스 매칭이 되어 최대 전력을 전송할 수 있습니다. 그러면 항상 임피던스 매칭을 하는게 좋은걸까요? 전력 관점에서 봤을 때는 맞지만 전압 관점에서 보면 반사계수가 0인 것 보다 1인게 더 좋습니다. 반사계수가 0일 때, 투과계수는 1이지만 반사계수가 1일 때, 투과계수는 2가 되니까요. 즉, 부하저항이 무한대인 케이스에 해당하는데 이 때 전압은 최대가 되지만 무한대의 임피던스를 통해 전류가 흐를 수는 없죠. 따라서 전류는 0이 됩니다. 전력은 V·I 이므로 전력 또한 0이 되..

전송선로란 무엇일까요? 전자공학을 전공한 분들은 굉장히 많이 들어보셨을 거에요. 하지만 이게 도무지 뭘 말하는건지 졸업할 때 까지도 잘 이해가 안되는 분들이 많을거라고 생각합니다. 저 또한 그랬구요. 전송선로 라고 하니 뭔가 신호가 흐르는 구리같은 도체를 선으로 만들어 놓은건가 싶기도 하고, 그림 1과 같이 R, L, C를 이용해서 회로가 구성되어 있는걸 보면 어떤 선을 회로적으로 모델링한건가? 싶기도 할 겁니다. 다 맞는 말이에요. 하지만 어렴풋이 느낌은 있지만 잘 와 닿지는 않을 거라고 생각 합니다. 굉장히 어렵죠! 사실 전송선로를 이해하기 위해서는 약간의 전자기장에 대한 개념을 갖고 가야 합니다. 전자기장이라고 하면 멕스웰 방정식부터 생각나면서 보기도 싫은 분들이 많을거라 생각합니다만, 그런 복잡한..

#6. 다이오드를 왜, 어디에 사용할까? :: 아날로그 회로 설계 (tistory.com) 에서 살펴봤던 다이오드의 3가지 용도 중 마지막 신호 검출용 다이오드에 대해 알아볼까 합니다. 일반적으로 많이 활용하는 정류용이나 보호용과는 달리 신호를 검출하는 용도로도 다이오드가 사용된다는 사실! 레이저나 라이다를 하는 분들이라면 잘 아실테죠. 발광다이오드인 LED는 전기신호를 빛으로 바꿔주지만 신호 검출용 다이오드는 빛을 받아서 전기 신호로 바꿔주는 일종의 센서 역할을 수행 합니다. 이런 다이오드를 사람들은 Photo Diode라고 명칭을 붙였죠. 줄여서 PD 라고도 합니다. #5. Diode의 정의와 기본적인 동작 특성 :: 아날로그 회로 설계 (tistory.com) 에서 다이오드는 PN 접합으로 이뤄져있..

앞서 #5. Diode의 정의와 기본적인 동작 특성 :: 아날로그 회로 설계 (tistory.com) 에서 다이오드의 기본적인 특성에 대해 알아 봤습니다. 그러면 이번 포스팅에서는 다이오드의 역할과 활용방안에 대해 알아보도록 하겠습니다. 우선, 다이오드의 역할은 크게 아래와 같이 3가지 정도로 구분 가능합니다. 1. 정류용 회로 역할 2. 보호용 회로 역할 3. 신호 검출 역할 위 세가지 다이오드의 역할에 대해 차근차근 얘기해 보겠습니다. 1. 정류용 회로 역할 다이오드의 정류 역할은 사실 다이오드의 가장 기본적인 역할이라고 볼 수 있습니다. 다이오드는 순방향 전압에서만 도통되는 방향성을 가지고 있고, 이 특성을 사용하여 교류 신호(AC)를 직류 신호(DC)로 바꿀 수 있습니다. 즉, 220V의 AC 전..

다이오드는 정말 정말 많이 사용하는 전자 부품 소자 중 하나로, 전류를 한 방향으로만 통과시키는 역할을 합니다. 다이오드는 전기 회로에서 매우 중요한 요소이며, 굉장히 다양한 역할을 수행합니다. 두 개의 반도체를 연결한 P-N 접합 구조로 되어 있으며, 일반적으로 실리콘 또는 저마늄 물질을 사용합니다만 실무를 함에 있어 물리적인 성질을 깊이 알지 못하더라도 전자회로를 설계하는데 있어서 큰 문제는 없습니다. 물성을 이해하는 것은 전공자가 아니면 이해하기 어렵기도 하고, 재미도 없으니 실제 실무에서 활용할 수 있는 설계 관점에서 글을 풀어 보겠습니다! 다이오드 심볼부터 봐야할 것 같네요. 다이오드 심볼은 그림 1과 같이 굉장히 심플하게 표현됩니다. 일반적으로 Anode에 양전압, Cathode에 음전압을 걸..