1. 광도전 효과 빛을 비추었을 때에 내부의 전기 전도도가 커지는 효과 물질의 전기 저항이 변화

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1 1. 광도전 효과 빛을 비추었을 때에 내부의 전기 전도도가 커지는 효과 물질의 전기 저항이 변화 반도체에 빛을 조사하면 전자­정공 쌍(electron­hole pair)이 발생 반도체에 빛을 쬐면, 그림 (a)의 진성 반도체에서는 충만대에서 전도대로 여기된 전자가 이동해서 도전성을 높여 준다. 그림(b) 및 그림(c)의 불순물 반도체에서, n형 반도체에서는 도너 준위에서 전도대로 옮아간 전자가, 그리고 p형 반도체에서는 충만대의 전자가 억셉터 준위로 옮겨진 다음에 생긴 정공이 각각 도전성을 높여 준다. 이것을 광도전 효과(photoconductivity effect)라 한다. 황화카드뮴(CdS) 광도전 소자는 이 효과를 이용한 것으로, 입사된 빛의 양의 변화를 전류의 변화로 바꾸는 소자로 쓰이고 있다. 2. 광기전 효과 결정 안에서 전자들이 원자와 원자 사이를 자유롭게 움직이지 못하는 규소나 게르마늄 같은 결정에 빛을 쪼이면 전자들은 에너지를 공급받아 구속상태에서 자유롭게 된다. 자유전자들은 어느 상이한 두 결정 사이에 있는 경계면에서 한쪽 방향으로 더 쉽게 넘어가게 된다. 이때 한쪽 경계면에 음의 전하를 주어 다른 쪽 면에 비해 상대적으로 음의 전압을 갖게 하는데, 이것은 마치 건전지의 한 전극이 상대적으로 다른 한쪽에 비해 음의 전압을 갖는 것과 같은 이치다. pn접합 반도체의 접합부에 빛을 쬐면 전자와 정공이 생기고, 전기장이나 확산으로 인하여 그들이 이동하기 때문에 그림같이 p형이 양, n형이 음이 되는 기전력을 일으킨다. 이것을 광기전 효과(photogalvanic effect)라 한다. 광 다이오드(photo diode)나 광트랜지스터(phototransistor)도 이 원리를 이용한 것이며, 대표적인 것으로는 태양 전지가 있다.

2 3. 포토다이오드 포토다이오드는 광에너지를 전기 에너지로 변환하는 광센서의 일종이며 그 구성은 반도체의 P-N 정션(접합부)에 광검출 기능을 추가한 것이다. 빛이 다이오드에 닿으면 전자와 양의 전하 정공이 생겨서 전류가 흐르며, 전압의 크기는 빛의 강도에 거의 비례한다. 구조와 동작원리 n형 실리콘 단결정의 표면에 p형 불순물(보통 보론(B))을 선택 확산하여 1[um] 정도 깊이의 p­n 접합을 형성 빛을 p층 방향에서 조사 → 전자­정공 쌍이 발생 → 광기전력이 발생 → 외부회로를 통해서 광 전류가 흐름 4. 열전대 (thermocouple) 그림과 같이 이종금속 A,B을 접속하고, 두 접점의 온도를 달리하면, 접점간의 온도차에 비례하는 기전력(emf)이 나타난다. 이 현상을 지백효과(Seebeck effect)라 하며, 이때 발생한 개방전압을 지백 전압 또는 기전력(Seebeck voltage or emf)한다. 이와 같은 현상은 접점을 형성하는 두 이종금속 사이의 일함수(work function) 차이에 기인한다.

3 ρ : 재료의 비저항(resistivity)
5. 홀 센서 (Hall effect sensor) 홀 효과(Hall effect) 전류 Ix 가 흐르고 있는 충분히 긴 장방형 반도체 시료에 수직으로 자계 Bz를 가하면, (-)전하인 전자에는 우측으로 자기력 Fm 이 작용하여 side A로 이동한다. 이에 대응해서 side B에는 (+)전하가 유기된다. 따라서, side A, B 사이에는 전압 VH가 발생한다. 6. Potentiometer 기계적인 직선 변위를 전기저항의 변화로 측정하는 것(직선형 전위차계, Potentiometer) 코일상의 저항선과 그 위를 직선적으로 이동하는 접동자 변위의 크기는 접동자를 가지는 검출용 모터의 움직임에 이해 접동자와 저항선간의 저항차에 비례하는 양 저항선에 인가되는 일정의 기준전압을 분압된 전압으로써 취득 저항체 위에 접촉된 와이퍼(wiper)의 위치에 따라 직선변위나 각변위를 전기 저항의 형태로 변화시키는 것이다. 이 센서는 정밀도가 다소 떨어지지만, 센서의 구조와 신호처리 회로가 간단하고, 비교적 염가라는 점에서 널리 이용되고 있다. 7. 전자기식 직선속도센서 스트레인 게이지 이론 스트레인 게이지는 금속이나 반도체에 응력을 가할 때 발생하는 변형으로 인해 그 저항 값이 변화하는 성질을 이용한다. 단면적 A , 길이 L 인 금속 도선의 전기저항은  ρ : 재료의 비저항(resistivity)

4 8. 전자기형 직선속도센서(electromagnetic linear velocity sensor)의 기본 원리
> 코일을 통해 길이 l 인 영구자석이 속도 v로 이동할 때 코일에 발생하는 기전력의 크기는    eo= B l v (B : 속도에 수직한 자속밀도) > 이와 같이 코일에 발생하는 기전력은 영구자석의 직선속도에 비례한다. > 이 원리를 이용한 직선속도 센서를 산업체에서는 LVT (linear velocity transducer)라고 부르며, LVT(Linear Velocity Transducer)에는 가동코일형(moving coil)과 가동코어형(moving core)이 있다. 지금 금속도선의 양단에 인장력을 가하면, 길이와 직경이 그림과 같이 변함에 따라 전기저항도 변할 것이다. 일반적으로 물질의 저항은 온도 의존성을 가지므로, 금속도선의 전기저항의 변화율은 변형에 기인하는 성분과, 온도에 기인하는 성분의 합으로 된다. 9. 전기식 타코미터 전기식 타코미터(electrical tachometer generator;간단히 tachogenerator라 함)는 회전속도 계측용 발전기로, 회전속도에 비례하는 전압을 출력한다. 그림은 타코미터의 원리인 패러데이(Faraday) 법칙을 나타낸다. 자극 사이에서 코일을 회전시키면 코일에는 다음 식으로 주어지는 전압이 유기된다. 이 원리를 이용해서 회전수를 계측하는 방법이 전기식 타코미터이다. 타코미터에는 출력전압에 따라 dc와 ac로 분류한다.  패러데이의 전자유도 법칙

5 10. 홀 소자식 회전속도 센서 - 홀 소자를 이용한 회전속도 센서의 기본구조와 동작원리 > 자성체로 만들어진 톱니바퀴와 홀 소자로 구성된다. 이것은 자기식 회전속도 센서에서 코일대신에 홀 소자를 사용한 것과 같다. > 자성체 톱니가 회전하면서 톱니가 홀 센서에 가까이 올 때마다 영구자석으로부터 자속을 모아 센서의 출력을 발생시킨다. > 출력신호는 정현파이며 이것의 주파수는 (자성체 휠의 rpm)×(톱니 수)로 주어진다. 11. 압전효과란? 압전 소자에 외부 응력, 진동변위 등을 주면 그 출력단에 전기 신호가 발생하는 현상을 말하며, 또 역압전 효과라고 하는 것은 압전 소자에 외부로부터 전압을 걸어주면 소자가 기계적 변위를 일으키는 현상을 말함 (a)그림은 압전 소자에 외부로부터 구동 전압이 인가되어 있지 않으므로 이 상태에서는 전혀 변위를 나타내지 않는다. 다음 (b)그림은 상부에 전원의 플러스극을 또 하부에 전원의 마이너스극을 각각 인가하고 있다. 이 겨우 압전 소자의 내부 전하와 인가 전압이 각각 반발하여 압전 소자는 압축된다. 이것에 대하여 (c)그림은 상부에 전원의 마이너스극을 또 하부에 전원의 플러스극을 인가하고 있으므로 이 경우는 압전 소자의 내부 전하와 인가 전압이 각각 서로 끌어당겨, (b)와 달리 압전 소자가 늘어난다. 이것이 기본 원리이며 여기에 수십 ㎑이상의 교류 전압을 인가하면 그 주파수에 대응한 초음파 에너지가 공중에 방사되며(그림(d)), 이것이 초음파 진동자이다.