Top 25 전자 회로 설계 The 135 Detailed Answer

전자회로설계 – 통합검색 | 잡코리아

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전자회로설계1

반파정류회로 다이오드를 이용한 반파정류회로의 원리를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

2. 전파정류회로 다이오드를 이용한 전파정류회로의 원리를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

클리핑회로 다이오드를 이용한 클리핑회로의 원리를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

3. 클램핑회로 다이오드를 이용한 클램핑회로의 원리를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

트랜지스터구조 및 동작 바이폴라결합 트랜지스터의 구조와 동작원리를 이해한다.

4. 트랜지스터 스위칭회로 트랜지스터를 이용한 스위칭회로와 전력전자 응용회로를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

5. 베이스 바이어스 트랜지스터의 베이스 바이어스 회로를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

에미터바이어스 트랜지스터의 에미터 바이어스 회로를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

6. 전압분배 바이어스 트랜지스터의 전압분배 바이어스 회로를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

컬렉터 바이어스 트랜지스터의 컬렉터 바이어스회로를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

7. 소신호 증폭회로(등가모델 및 에미터 공통 증폭회로) 소신호 증폭회로 해석을 위한 등가모델을 이용하고 가장 범용으로 사용되는 에미터 공통증폭회로를 이해한다.

컬렉터공통 증폭회로 컬렉터공통 증폭회로를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

9. 베이스공통 증폭회로 베이스공통 증폭회로를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

10. 다단증폭회로 다단증폭회로를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

11. 대신호 증폭회로 대신호 증폭회로를 이해하고 직류부하선과 교류부하선을 공부한다.

A급 증폭회로 A급 증폭회로를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

12. B급 증폭회로 B급 증폭회로를 이해하고 시뮬레이션을 수행한다.

기초이론] 전기회로와 전자회로의 차이는 무엇일까?

오늘의 포스팅 내용은 특히나 전기전자 관련 학과라면 혹은 전기와 전자가 통합된 과를 다니는 대학생들, 심지어 일을 하고 있는 개발자, 엔지니어들도 모르는 사람이 있는 기본적인 개념을 다뤄보려 한다.

무엇이든 기본과 기초를 이해할때까지 여러번 보는것을 추천한다. 그래야 시간이 걸리더라도 나중에는 훨씬 단축된다.

회로설계의 기초는 회로의 소자와 IC에 대한 이해가 기본이다.

회로의 기초가 되는 소자는 다들 아는 저항, 커패시터, 인덕터 그리고 IC는 나의 포스팅에서 다루는 IC정도만 알아도 충분하다.

전기회로와 전자회로의 차이에 대해 알아보겠다.

1. 전기회로란?

R, L, C 즉, 저항, 인덕터, 커패시터인 소자로만 구성된 회로를 전기회로라고 한다.

선형 소자로 구성된 선형 회로를 전기회로라 하며, Electric Circuit이라 한다.

* 선형 회로란?

: 전압과 전류가 비례하는 회로를 뜻한다. 수동소자(저항, 인덕터, 커패시터)만으로 이루어진 회로를 말한다.

2. 전자회로란?

위에서 설명한 전기회로 + 다이오드, 트랜지스터 등으로 이루어진 회로를 전자회로라고 한다.

반도체라는 능동소자를 포함하여 증폭, 정류, 포화 등을 다루는 회로이다.

비선형 소자를 포함하는 회로를 전자회로라 하며, Electronic Circuit이라 한다.

* 비선형 회로란?

: 회로의 전류와 전압이 비례관계로 표시가 될 수 없는 회로를 뜻한다.

3. 전자회로를 왜 배울까?

좀 더 쉬운 이해를 위해 몇 가지 예를 들어주겠다.

디지털 온도계의 예

신호변환

회로에서 외부적인 신호인 온도가 AC/DC변환기를 통해 전기신호로 변환되어 Input 되는 경우, 전기적인 신호로 변환하였으니 이제 변환은 끝났다 라고 생각할 수 있다.

하지만 전기신호는 다양한 이유로 원래는 강한 신호였으나 여러 구간을 거치면서 미약해질 수도 있고, 노이즈가 심해지는 경우도 있다.

이런 경우를 대비하여 신호처리 구간이 필요하다. 즉, 이 신호처리 구간이 전자회로가 필요한 이유이다.

신호가 미약하거나 노이즈가 심해지면 다이오드나 트랜지스터를 이용하여 증폭이나 필터, 스위칭 등을 해주는 회로를 설계하여야 한다.

소리의 예

신호변환

음악이나 소리인 아날로그 신호를 변환기를 통해 전기신호로 변환하여 Input 되는 경우에도 마찬가지로 아날로그 신호를 그래야 우리가 듣는 음악을 깨끗하게 들을 수 있다.

즉, 이러한 음악을 듣는 과정에서도 전자회로가 필요한 것이다. 신호처리 구간에서 디지털로도 변환해주고, 증폭도 시켜주고, 필터를 거쳐 노이즈를 제거도 해줘야 하고 이렇게 거친 신호는 안테나를 통해 전송이 된다.

수신부에서 해당 신호를 받아 우리가 듣는 이어폰이나 헤드셋 혹은 스피커를 통해 음악을 듣는 것이다.

4. 정리

오늘 포스팅한 내용과 같이 전기회로와 전자회로의 차이를 알아보고 좀 더 포커스를 맞춘 전자회로가 왜 필요하고 중요한지를 알아보았다.

전자회로는 위의 두 예시만 봐도 알듯이 우리가 생활하는 모든 회로에 적용이 된다고 해도 과언이 아니다.

우리가 사용하는 전자기기에는 전자회로는 필수적으로 들어있다.

스피커, 핸드폰, tv 등 우리가 아는 전자기기에는 다 들어있다고 생각하면 된다. 전자회로를 설계할 줄 알고 현재의 적용된 여러 기능의 전자회로보다 더욱 뛰어난 기능을 가진 회로를 설계할 수 있다면 어떤 기업에서든 탐내는 개발자가 될 것이라 생각한다.

미래에 전자기기 혁신에 주인공이 우리가 되길 바라며 함께 연구하고 노력하자.

전자회로를 설계할때 주의할 사항들.. [#1 전원 설계]

일단 처음하는 분들이 가장 어려워하는게 설계일 것으로 보이는데, 이건 어느 분야든지 마찬가지라고 생각한다.

회로를 보는 이해하는 것은 어느 정도 할 수 있을지 모르겠지만, 전에 없는 것을 새로 만든다는 것은 전혀 쉽지가 않은 일이다.

시스템 전체를 통찰해서 살펴보아야함은 물론 각 소자 하나하나까지 신경을 써야하기 때문이다.

물론 인터넷에서 나온 회로들을 갖다 껴맞추기를 할 수는 있겠지만..

시스템 전체를 아우르는 통찰력이 없다면, 어느 부분에서 문제가 발생할런지 알 수가 없는 부분이다.

왜냐하면 부분부분 갖다 쓰게된다면, 내 회로와 상황이 맞지 않을 확률이 크기 때문이다.

그래서 전체적으로도 어긋남이 없어야하는 동시에…

세세한 부분까지 문제가 발생하지 않도록 스펙에 고려해야하기 때문에 참 어려운 작업 중의 하나이다.

더군다나 이에 대해서 정답이나 레퍼런스가 정확하게 나와 있는게 아니기 때문에 더욱 어렵게 느껴진다.

이 세상의 모든 회로를 다 알고 있는 전문가는 존재하지 않는다.

따라서 대부분 새로운 회로를 구성할때는 미리 구성된 레퍼런스 회로를 참조한다.

전혀 모를 경우에는 똑같이 따라할 수도 있겠지만..

회로가 어떻게 동작하는지를 이해하고 각 소자의 역할이 무언지 정확하게 알아야한다.

어설프게 잘 모른채로 회로를 수정했다가 안되는 경우가 허다하다.

그리고 자신의 상황에 맞추어 부품을 대체할 수 있어야한다.

(이때 상황이라함은 다양한 것을 가리키는 말이다.

전압, 전류, 사이즈나 무게, 가격, 납기 등등등… 다양한 것을 포함한다.)

아마도 이런 이유에서 회로 설계에는 정답이 없는 것 같다.

정답이 없다보니 체계적으로 정리되있는 것도 없는게… 악순환인가..?

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서론이 길었는데..

아마도 가장 기본이 되는게 전원일 것 같다.

전원에 대해 이해하기 전에 시스템의 구성에 대한 이해가 필요하다..

보통 시스템에는 디지털 신호와 아날로그 신호가 존재한다.

(최근에는 아날로그 신호로만 구성된 시스템들은 찾기란 쉽지 않지만,

반대로 디지털 신호로만 구성된 시스템을 찾는건 그리 어렵지가 않을 것이다.

하지만 여기에 함정이 존재할 수가 있다.

만약 디지털 신호로 인터페이스하는 소자들이 내부적으로 아날로그 신호를 이용한다면 어떻게 될까..?

복잡한 얘기가 될 수 있기 때문에 이 부분은 마지막에 다시 설명을 해보고자 한다.)

디지털 신호는 High Low를 구분할 수만 있으면 되기 때문에 노이즈에 크게 민감하지 않다.

반면 아날로그 신호는 신호에 노이즈가 포함되면…. 엄청난 재앙이 기다리고 있을 것이다.

전원 설계의 기본적인 원칙

(초보분들을 위한 글이기 때문에 고수님들의 태클은 정중히 사양합니다.)

1. 디지털 신호에 대한 전원은 Step down / Step up과 같은 스위칭 레귤레이터를 사용해서 전원을 만들어주는 것이 일반적이다. 반면 아날로그 신호의 경우에는 리니어 레귤레이터를 사용해서 전원을 만들어주어야 좋다.

※ 긴 글을 쓰기도 힘든데.. 그림을 그리기가 귀찮아서..

다른 블로그의 이미지를 무단으로 퍼왔네요. 이해해주시길 바랍니다.

스위칭 레귤레이터란?

스위치 역할을 할 수 있는 트랜지스터가 계속 시스템을 껐다 켰다 하면 뒷단에 아래와 같은 모양의 파형이 생겨날 것입니다.

일단 스위치가 On/Off 시키기 때문에 뒤의 회로들이 없다면 단순하게 출력전압이 되었다가 0V가 되었다가 할 것입니다.

그런데 뒷단에 보면 L과 C가 존재하는데, L가 C 모두 변화를 방해하는 역할을 합니다.

L은 On → Off로 스위칭되는 순간 전압의 변화를 방해하고자 하기 때문에 전압을 좀 붙잡아두다가 서서히 떨어지게 만듭니다.

반대로 Off → On으로 스위칭될 때도 전압을 방해하기 때문에 낮은 전압에서 서서히 올라가게 만듭니다.

C는 On → Off로 될때 충전시켜놓은 자신의 전하들을 방출합니다. 따라서 전압이 서서히 떨어지게 되는 것이고,

반대로 Off → On으로 될때는 자신이 충전을 하고나서, 충전이 완료된 다음 전압을 상승시켜줍니다.

L과 C가 작동되는 원리는 다르지만 결과적으로 볼 때, 전압이 출렁댈때 생기는 AC 성분을 없애주는 역할을 합니다.

따라서 위의 On/Off 스위칭 파형의 모양을 방해해서 출렁출렁하는 물결 같은 모양으로 출력을 해주게 됩니다.

필요한 만큼의 전압을 생성해서 사용하기 때문에 효율이 높지만, 출력에 물결같은 노이즈가 포함되어 있습니다.

이와는 달리 리니어 레귤레이터는 단순하게 전압을 깍아냅니다.

입력 전압에 AC 노이즈 성분이 있을때 위 그림처럼 이 부분을 모두 날려버리기 때문에 출력 전압이 일정해집니다.

다만 윗 부분의 남는 전압을 모두 열로 날려버리므로, 낭비가 심하다고 볼 수 있습니다.

하지만 일정한 전압을 얻을 수 있기 때문에 노이즈에 민감한 아날로그 회로에서는 좋은 입력 소스라고 볼 수 있습니다.

2. 제한된 리소스 이내에서 전원의 입/출력 효율 및 전원의 품질을 고민해야 한다.

리니어 레귤레이터의 경우, 출력 전류로 사용되는 만큼 무조건 입출력 전압의 차이만큼 날아가 버리기 때문에…

출력전류만큼의 입력 전류가 사라져버리게 된다.

5V 1.0A의 전원 입력 중에서 3.3V 1.0A를 리니어 레귤레이터를 통해 사용한다고 가정하면,

남는 부분은 모두 열로 소모시켜버리기 때문에 입력된 전원의 100%를 사용하는 것이 된다.

그렇지만 스위칭 레귤레이터를 통해 사용한다고 가정하면,

2/3만큼만 On을 시켜도 되기 때문에 66%의 전력을 사용한다고 할 수 있다.

그렇다면 무조건 효율이 좋은 스위칭 레귤레이터가 좋을까라는 질문에는 꼭 그렇지만은 않다는 것이다.

만약 시스템 중에 아날로그 신호를 받아서 A/D 컨버팅을 하는 부분이 있다고 한다면,

스위칭 전원의 노이즈가 A/D 컨버팅의 정밀도를 더 않좋게 만들 것이기 때문에..

자신의 시스템이 어떻게 구성되어 있는가에 따라 스위칭을 쓸지, 아니면 리니어를 쓸지 혹은 두가지를 모두 사용할지 결정해야한다.

만약 스위칭 레귤레이터를 통한 전원을 다시 리니어 레귤레이터를 통해 좀 더 노이즈가 적은 전원으로 만들 수 있다면,

(즉, 부품의 단가과 PCB 공간 그리고 이렇게 설계할 시간과 같은 리소스가 주어진다면..

이런 식으로 효율이 높고 품질이 높은 전원을 만들 수도 있을 것이다.)

3. 레귤레이터의 출력 전류는 가능하면 여유있게 설계해야한다.

회로를 설계하다보면 여러가지 전압에 따라 시스템을 꾸미게 되는데..

각각의 전압에 물리는 소자들의 최대 전류 사용량을 파악하고, 레귤레이터의 출력 전류를 넘어서는 안된다.

그리고 더 나아가 출력 전류에 10~20%이상의 여유분이 있도록 하는 것이 좋다.

왜냐하면 효율이 100%되는 레귤레이터란 존재하지 않기 때문에 그 자체에서 손실이 발생하게 된다.

사용하는 레귤레이터의 종류에 따라 달라지겠지만..

단일 스위칭 레귤레이터의 경우 보통 95%정도,

스위칭 레귤레이터가 직렬로 연결된 벅-부스트나 부스트-벅 레귤레이터등의 경우에는 85%정도라고 생각을 하고 설계를 하자.

또 다른 이유는 레귤레이터를 한계까지 사용하게 되면 열이 많이 발생할 수 있기 때문에,

높은 온도에 따라 수명도 짧아지고 레귤레이터의 효율도 더 떨어진다.

따라서 일반적으로는 70~80% 정도 전류만을 사용하도록 설계를 한다.

4. 레귤레이터의 입/출력 커패시터와 인덕터들은 사양보다 여유있는 스펙으로 구성한다.

커패시터와 인덕터는 오차를 가지고 있기 때문에…

자신의 시스템에서 요구하는 것보다 좀 더 여유있는 스펙의 것을 사용해야한다.

인덕터의 경우 인덕턴스 값의 오차율은 보통 ±20%정도, 전류 오차도 비슷한 정도라고 가정한다.

커패시터의 경우 커패시턴스 값의 오차율을 ±10%정도가 일반적이며, 내압은 커패시터가 연결된 전압 혹은 신호의 2배 정도를 사용한다.

(내압의 경우 굳이 2배는 아닐지라도 10~20% 이상 높은 것을 사용하면 무리는 없겠지만..

모터와 같이 높은 전류가 스위칭 되는 곳에서는 채터링이나 유도전압 때문에 이보다 더 높은 기준으로 내압을 선정하는 것이 좋다.)

레귤레이터와 연결되는 인덕터와 커패시터들은 가능하면 최악의 상황에 맞춰서 설계하는 것이 좋다.

(우리나라가 95%정도의 오차율을 보여야 합격이라고 한다면, 중국은 90% 정도만 되어도 합격된다고하니…

가능하면 최악의 오차율을 가정하고 시스템을 꾸며야할 것이다.)

5. 좀 더 정확한 아날로그 전원이 필요하다면 전압 레퍼런스의 활용을 고민하자.

레퍼런스라는 것이 도대체 무엇이며 리니어 레귤레이터와 차이점이 무언지 알아보도록 하자.

레퍼런스도 일종의 리니어 레귤레이터라고 보면 될 것이다.

차이점이라고 하면, 좀 더 정확한 출력 전압과 더 적은 출력 전류 정도일 것이다.

리니어 레귤레이터는 일반적으로 ± 2 ~ 3% 내외의 정확도로 전압을 출력해준다.

하지만 레퍼런스는 보통 1.0% 이내 정도의 정확도를 가지며,

출력 전류가 수mA에서 수십mA로 매우 적은 경우에는 0.01%나 그 이하의 정확도를 가지는 경우도 존재한다.

결과적으로 얘기하자면 리니어 레귤레이터든 전압 레퍼런스든 간에 출력 전류가 높을수록 출력 전압의 정확도는 떨어진다.

그리고 정확도는 돈과 비례한다.

전압 레퍼런스는 일부 아날로그 신호의 기준으로 활용되기 때문에 좀 더 정밀한 전압을 기준으로 하고 싶을때 사용된다.

일단 전원 설계에서는 이정도만 알아보도록 하고..

향후 노이즈와 관련해서 이런저런 말들이 많이 남아있기 때문에,

그때 좀 더 시시콜콜한 얘기들을 할 수 있을 것이다.

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