3. 집적회로 (1)집적회로의 기본개념 *집적회로(integrated circuits, IC)

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1 3. 집적회로 (1)집적회로의 기본개념 *집적회로(integrated circuits, IC) 하나의 반도체 칩(chip)안에 반도체 개별소자를 중심으로 수동 소자와 함께 전자회로를 구성한 것 1)모놀리식 집적회로 *모노(단일)와 리식(결정상태)이 조합된 단어로 실리콘 단결정 안에 만들어 넣는 회로 *트랜지스터, 다이오드, 저항기, 커패시터 등의 개별소자를 반 도체 제작 공정을 통해 웨이퍼 위에 제작함 *소형, 경량, 신뢰도, 기능향상, 낮은 제조 단가의 장점 2)하이브리드 집적회로 *monolithic은 “단성”이란 뜻이고 hybrid는 “혼성”이란 뜻 *film IC에 트랜지스터 같은 개별 소자와 모놀리식 칩들을 함께 조립하여 제작함 *고전압, 대전력, 고주파, 소량생산, 짧은 납기등의 장점이 있음

2 (2)아날로그 IC 1)연산증폭기 *OP-AMP:고이득, 광대역, 고입력 저항, 저출력 저항 등의 특성을 가진 증폭회로 *OP-AMP는 수동소자 회로망을 구성하여 신호를 되먹임으로써 출력에 대한 전압 이득과 대역폭을 적절하에 제어함 2)신호발생기 *신호를 발생하는 아날로그 칩은 타이머, VCO, PLL 등이 있음 3)컨버터 *ADC:아날로그를 디지털로 변환하는 칩 *DAC:디지털을 아날로그로 변환하는 칩 4)레귤레이터 *전원 안정화 회로로 전압이 흔들리거나 부하의 크기에 상관없이 일정한 전압을 유지하는 회로

3 (3)디지털IC 1)논리칩의 개요 *소자의 개수에 따른 회로의 분류: SSI<MSI<LSI<VLSI<ULSI 2)마이크로프로세서 *컴퓨터의 연산장치와 제어장치를 1개의 작은 실리콘 칩에 집적시킨 처리장치 *Z-80:Zilog의 8비트 마이크로프로세서로 각종 기기의 제어용 으로 사용되는 범용 마이크로프로세서 구조의 기본 3)싱글 칩 마이크로컴퓨터 *CPU, 메모리, I/O 장치 등의 컴퓨터 구조의 모든 기능을 단일 칩에 집적시킨 것 *RISC:명령을 병렬 처리하여 명령의 종류를 대폭 줄인 고속화 구조의 CPU를 채택한 컴퓨터

4 (4)메모리 IC 1)ROM과 RAM *ROM:전원이 차단된 상태에서도 저장된 정보가 보존되므로 내용을 지울수 없음 *SRAM:메모리 셀이 플립플롭으로 구성되어 있고, 캐시메모리 로 이용됨 *DRAM:메모리 셀이 MOS FET와 커패시터 하나씩으로 구성 되어 있고, 커패시터에 충전된 전하량을 유지하기 위해 자주 재생해야 함 2)플래시 메모리 *ROM, SRAM, DRAM의 장점을 골라 모아놓은 메모리로 전원을 꺼도 데이터가 남고, 액세스 속도가 빠르고 값싸게 구입할 수 있음. *소비전력이 작아 휴대폰, MP3, 카메라 등 휴대용 저장매체로 사용됨

5 (5)시스템 IC 1)ASIC *특정한 수요자만을 위한 칩으로 특정용도 집적회로를 말함 *완전주문형 칩 *일부 주문형 칩 *프로그램 가능 칩 2)SOC *모든 부품을 하나의 칩에 집적하여 고성능, 저비용, 소형화의 첨단 디지털 시대의 핵심 기술임 *SCC 기술은 칩 하나에 시스템 전체를 집적하는 복합 칩의 개념임

6 <직류 전원 회로> *단원의 개요 상용 전원이나 건전지 등의 입력 전원은 시스템 동작에 알맞은
전기 에너지 형태로 바뀌어 사용된다. 시스템 전원회로는 제품 안정성 및 성능에 매우 중요한 회로이다. 정류회로 (1)전원회로 1)변압기 *변압기(transformer)는 1차측과 2차측의 코일 권선비를 조정하 여 2차측 교류 전압을 만들어 내는 전기기기 *1차측 전원과 2차측 전원을 전기적으로 절연하는 역할 2)정류기 *교류전압을 (+)또는 (-)의 한쪽 전압만을 흐르게 하는 회로 *정류기에는 전류를 한쪽으로만 흐르게 하는 특성을 갖는 다이오드를 사용한다.

7 3)평활회로 *맥류에 남아 있는 교류 전압을 제거하여 평활한(smooth) 직류 성분만을 출력하는 회로 *평활 회로에서 완벽한 교류 성분 제거는 불가능하므로 약간의 교류 성분이 남게 되는데, 이를 “리플잡음” 이라고 함 4)전압안정화 회로 *외부 조건에 관계 없이 항상 출력 전압을 안정화(regulating)하는 역할을 함 *전압을 안정화하는 방식에는 리니어 레귤레이터와 스위칭 레귤레이터의 2가지 방식이 있음 2. 정류회로 *교류를 직류로 바꾸는 과정을 정류라 한다. (+),(-) 전압을 가지 는 교류전원을 (+)나 (-)의 한쪽 전압만을 흐르도록 하는 회로 *다이오드는 정류회로의 핵심소자

8 1)반파 정류회로 *다이오드에 순방향 전압이 걸리면 회로가 도통되어 전류가 흐 르고 역방향의 전압이 걸리면 다이오드가 OFF되어 전류가 흐르 지 못한다. 이처럼 교류의 한쪽(1/2)만을 통과 시키므로 반파 정 류라 함 2)전파 정류회로 *교류의 양쪽 전압을 모두 한쪽 방향으로 흐르게 하는 정류회로 3)브리지 정류회로 *정류회로 중 가장 많이 사용되는 정류회로이다 *다이오드 수가 4개로 구성되며, 가격면이나 정류 효율에 있어 가장 좋다. 4)배전압 회로 *변압기를 바꾸지 않고서도 출력 전압을 2배, 3배 로 높이는 것 이 가능함 5)정류 회로의 문제점 *전압 변동이 심해 직접 회로에 사용하기에는 곤란함 *정류 회로의 출력전압이 불안정한 전압이 되는 문제점

9 2. 평활회로 (1)평활회로 *평활회로(smoothing circuit)는 정류 회로를 통과한 맥류 파형을 평활한 직류로 만드는 회로 *평활회로는 맥류에 남아 있는 교류성분을 제거하고 저주파의 직류 성분만을 출력하기 위해 저주파 필터회로로 구성됨 (2)L, C의 평활특성 *L(인덕터):코일을 감아놓은 것으로 내부 코일 자기장의 영향이 전류의 흐름을 방해해서 생기는 저항을 말함 *C(커패시터): 회로내에 전기를 저장하는 축전기 *L과C의 평활특성은 서로 반대이며, 이특성을 이용하여 원하는 주파수를 차단하거나 통과시키는 필터회로를 구성함 *п(파이)형 필터회로:인덕터 입력형 LC회로와 커패시턴스 입력 형 CL회로를 결합하여 파이형필터를 설계할수 있음 *파이형필터회로는 평활회로에도 사용되지만, 전원 잡음 제거용 으로 많이 사용됨

10 (3)리플잡음 *평활회로를 거쳐 얻어진 직류 전원에 남아 있는 교류성분 *리플잡음을 완전히 제거할수 없지만, 얼마만큼 적게 만드느냐 가 전원회로 설계의 중요한 요소가 됨 (4)스위칭잡음 *스위칭 모드 전원회로에서 발생하는 리플잡음 (5)블리더 저항 *п형 평활회로의 부하에 앞서서 병렬로 접속한 저항 *블리더저항의 역할:급격한 전압 상승을 방지, 방전 통로를 만들어 회로의 안정성을 유지함

11 3.정전압 안정화회로 (1)출력전압의 변동원인 *정전압 안정화회로:입출력의 변화와 관계없이 항상 출력 전압 을 똑같이 유지시키는 회로 *출력전압이 불안정하게 변하는 원인 ①입력 전압 변동에 따른 출력 전압의 안정성 ②부하 전류의 변화에 대한 출력 전압의 안정성 (2)제너 다이오드를 이용한 정전압 회로 *Zener Diode의 특성은 전압 변동을 일정하게 제어할 수 있는 역할을 한다 *제너 다이오드 사용시 입력전압이 출력 전압보다 높아야 함 *제너추종회로의 통과트랜지스터는 전원회로를 전원부와 부 하부로 나누어 완충역할을 함으로써 부하 변동에 따른 출력 전압을 안정화 시킴

12 (3)3단자 레귤레이터 IC를 이용한 정전압회로
*제너다이오드 대신에 제어회로라는 부분으로 대치시킨 회로 *3단자 레귤레이터 내부에 오차증폭기를 이용한 정전압 안정 화 회로가 사용됨 *오차증폭기는 기준 전압과 출력 전압의 차이를 검출하여 음되 먹임 회로를 통해 출력 전류를 조정하여 출력 전압이 안정화 하도록 조정하는 역할을 함 (4)TL431을 이용한 정전압회로 *TL431은 출력 전압을 조정할 수 있는 레귤레이터 이다 *TL431 IC는 필요한 전압값을 임의로 설계할 수 있는 특성이 있어 안정된 기준 전원을 설계할 때 많이 사용하는 IC임 (5)스위칭 방식 레귤레이터를 이용한 정전압 제어회로 *스위칭 방식은 리니어 방식에 비해 부피가 작고 전력 변환 효율 이 월등히 뛰어남 *필요한 출력 전압만큼 입력 전압을 트랜지스터로 이용하여 스 위칭 제어함으로써 전력 소모가 거의 없음

13 4. 스위칭 모드 전원 회로 (1)스위칭 모드 전원회로의 구성 *스위칭 모드 전원회로(switching mode power supply,: SMPS) *SMPS는 설계가 복잡한 대신 여러가지 장점이 있어 각종 전자 기기의 전원 장치로 널리 사용 *SMPS는 가벼운 고주파 변압기를 사용하므로 제품의 무게를 줄일 수 있음 *SMPS는 프리 볼트(free voltage)로 설계할 수 있는 장점이 있음 *리니어 전원과 가장 큰 차이는 정전압 안정화 회로 부분에 직류 -직류 변환기가 포함되어 있어 출력전압이 안정화됨 (2)전력 변환 회로의 종류 *전력 변환 회로는 전원과 부하 사이에서 효율적으로 전압, 전류 또는 주파수 등을 변화시키는 회로 *직류에서 교류를 얻는 방식의 역변환회로를 “인버터”라 함 *직류에서 직류로 높이를 변환하는 회로를 “컨버터”라 함 *교류에서 교류로 변환하는 회로중 주파수를 변환시키는 회로를 “주파수컨버터”라고 함

14 (3)직류-직류 변환기 *직류 전위의 높이를 변환하는것 *승압형 컨버터와 강압형 컨버터가 있음 (4)스위칭 모드 전원 회로의 종류 *플라이백 컨버터:1차측과 2차측의 극성이 반대로 나타남 *포워드 컨버터:1차측과 2차측의 전압 극성이 같음 *푸시-풀 컨버터:2개의 포워드 컨버터를 합쳐 놓은 것