다이리스터(SCR)의 구조 및 원리 / 트리악(TRIAC), 수광소자, 써미스터, 바리스터의 설명

다이리스터(SCR)의 구조 및 원리 / 트리악(TRIAC), 수광소자, 써미스터, 바리스터의 설명

1. 다이리스터(SCR : Silicon Control Rectifier)

1) SCR의 구조 및 원리

① PNPN Diode에 게이트 전극을 붙인 것으로 애노드나 캐소드에 순방향 전압이 걸리고 게이트에 신호를 가하면 애노드, 캐소드가 도통 되며 전류가 흐른다.

② 게이트에 가하는 신호를 트리거 신호라 하며 이 신호의 위상을 조정하면 애노드 캐소드간에 흐르는 전류를 조절할 수 있다.

③ 조명등의 밝기 조절과 DC Motor의 속도 조절 등 자동제어 회로에 사용 된다.

< Fig01. SCR의 구조 >

 

2) SCR의 원리

① SCR의 내부구조는 PNP TR과 NPN TR이 상호 연결된 것과 같다.

② 심볼은 아래와 같이 애노드(A), 캐소드(K), 게이트(G)로 구분한다.

③ 애노드에 Å, 캐소드에 Θ 를 공급해도 2개의 TR이 전류는 흐르지 않는다.

④ 게이트에 Å 전압을 걸어 주어야 2개의 TR은 전류가 흐른다.

< Fig02. SCR의 심볼 비교 >

 

3) 동작원리

그림(Fig03)과 같이 순간적으로 G-K간에 순방향전압 Vg를 공급하면 A-K간의 전류가 흐른다.

< Fig03. 동작원리 >

 

ⓐ TR2의 베이스 전류가 ①방향으로 흐른다.

ⓑ TR2의 콜렉터 전류가 ②방향으로 흐른다.

ⓒ TR1의 베이스 전류가 ②방향으로 흐른다.

ⓓ TR1의 콜렉터 전류가 ③방향으로 흐른다.

ⓔ TR2의 베이스 전류가 ③방향으로 흐른다.

ⓕ TR2의 콜렉터 전류가 ②방향으로 흐른다.

ⓖ 애노드(A)에서 캐소드(K)측으로 전류가흐른다.

 

※ A-K간이 일단 도통되면(ON상태) 외부에서 전원전압 Eb를 0[V], 또는 전원 전압의 극성을 바꾸어 양극전류(A에서 K쪽으로 흐르는 전류)를 0이 되기 전까지 계속해서 양극전류가 흐른다.

 

4) SCR의 용어 및 특성

① 순브레이크 오버 전압 : SCR이 도통상태로 스위칭 하는 전압

② 순시 순전류 : 도통상태에서 SCR에 흐르는 애노드 전류의 순시치

③ 게이트 트리거 전압 : 애노드 전류가 흐르기 시작하기 직전의 게이트 전압

④ 유지전류 : SCR이 도통상태에서 게이트 개방시 도통상태를 유지하기 위한 최소의 애노드 전류

⑤ 서지전류 : SCR이 정상동작 상태에서 갑자기 크기가 변화하는 최대 허용 비반복 피크전류로 SCR의 파괴원인이 된다.

⑥ 턴 온시간 : SCR의 차단상태에서 도통상태로 스위칭하는데 필요한 시간

⑦ 턴 오프시간 : SCR이 동작상태에서 차단상태로 되기까지 걸리는 시간

 

5) SCR 양부판정법

< Fig04. 양부 판정법 >

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※ 테스터로 SCR를 체크방법

① G- K = 15Ω~20Ω

② A- K = ∞

③ G- A = ∞

④ A- K = ∞ à A-G 접속 후 OFF(ON 상태 유지)

 

6) SCR 전극 찾는 방법

회로실험기를 R×1의 레인지로 하고 각 단자간의 순방향 저항을 측정해 보면 한 방향으로 도통되는 전극이 있다. 그 상태에서 흑색 리드봉이 접속된 전극이 게이트[G]고, 적색 리드봉이 접속된 전극이 캐소드[K]이다. 그리고 나머지 한 개의 전극이 애노드[A] 전극이다.

그림(Fig04)은 SCR의 측정도이며  캐소드에 적색 리드봉,  애노드에 흑색 리드봉을 접속하면 저항은 무한대를 지시하며  이 때 애노드와 게이트를 순간적으로 단락하면 애노드와  캐소드가 도통되며  게이트 리드선을 떼어도 도통 상태를 유지하여야 된다. 만약 게이트에 전압을 가하여 애노드와 캐소드가 도통되지 않거나 일시적으로 도통되었다가 차단되는 것은 불량이라고 판정한다.

 

2. TRIAC(Triode Thyristor)

1) TRIAC의 구조 및 특성

① TRIAC은 3단자 반도체 스위치이며, 쌍방향 소자이다. 교류전파 제어가 가능하며 게이트(G) 신호에 '+' 나 '-' 어느 신호를  가해도 동작되는 소자다.

② TRIAC은 소신호(게이트 신호)로 대신호 TRIAC T1-T2 간의 AC 전류를 제어하는 쌍방향 스위치 소자이다.

③ TRIAC은 SCR을 2개 역병렬로 접속한 것과 같은 구조를 가지고 있다.

④ SCR과 특성 동작원리 등이 거의 같으나 SCR은 단 방향으로 동작되나 TRIAC은 쌍방향이다.

⑤ SCR은 직류부하에 사용할 수 있으나 TRIAC은 교류를 사용할 수 있다.

 

2) TRIAC의 동작원리 및 양부판정

※ TRIAC은 SCR과 마찬가지로 직류에 대해서는 유지전류 특성이 있다. 일단 도통 상태가 되면 게이트 전압을 제거하여도 도통 상태가 지속되고 교류 전파제어가 가능하므로 전력제어에 적합하다.

 

※ 테스터로 TRIAC를 체크방법

① T1-G = 15Ω~20Ω

② T1-T2 = ∞

③ T2-G = ∞

④ T1-T2 = ∞ à T2-G = 접속 후 OFF(ON 상태 유지)

 

㉮ 회로시험기의  레인지 R×1에 놓고 게이트와 T1간에  리드봉을 접속시키면 극성에 관계없이 15~20(Ω)정도의 저항을 지시하고, 게이트는 실물에 표시되어 있으며 방열판과 연결되어 있는 단자가 T2이다.

㉯ T1과 T2 간에는 저항 값이 무한대를 지시하며 그 상태에서 게이트에 '+'전압을 인가하면 T1과 T2사이에 통전상태가 되고 게이트의 전압을 떼어도 도통 상태는 그대로 유지된다.

㉰ 회로시험기의 리드봉을 위의 ㉯에서와의 반대로 접속하고 게이트에 '-'의 전압을 가하여도 TRIAC은 같은 상태로 동작된다.

㉱ 측정순서 ㉯,㉰에서 게이트 전압을 '-' 로 바꿔 측정하여 T1, T2 사이의 도통 상태를 검사한다.

㉲ 상기 측정에서 T1, T2가 도통되고 게이트 전압을 떼었을 때 도통 상태가 유지되면 양품이고 그 외에는 불량품이다.

㉳ TRIAC은 T1,T2 양단자의 저항 값이 무한대를 지시하여야 하며 어느 방향으로도 도통 상태를 지시하여서는 안된다.

 

3. 수광 소자(CDS)

빛에 의해 저항 값이 변화하는 부품이며, 카드뮴 등은 빛이 닿으면 저항값이 작아진다. 수광 감도, 크기, 저항 값 등에 따라서 여러 종류가 있다. 아래의 사진은 원통형으로 생겼으며 직경이 8mm, 높이가 4mm의 크기로, 빛이 닿지 않을 때에는 저항 값이 2MΩ 정도고 빛이 닿으면 200Ω정도로 저항 값이 변화한다.

 

4. 써미스터(Thermistor)

코발트, 구리, 망간, 철, 니켈, 티탄 등의 산화물을 적당한 저항률과 온도계수를 가지도록  2~3종류 혼합하여  소결(燒結)한  반도체로서 크기는 깨알만한 것에서부터 동전 크기만한 것까지 여러 종류가 있다. 써미스터는 열 용량이 적어서 미소한 온도 변화에도 급격한 저항변화가 생기므로 온도 제어용 센서로 많이 이용되고 있다. 그리고 어떤 온도에서 저항 값이 급변하는 것을 CTR (Critical Temperature Resistor)라 한다.

 

5. 바리스터

소자에 가하는 전압에 따라서 저항 값이 변화한다. 전압이 증가하면 저항 값은 감소하는 특성을 갖고 있으며 주로 과전압 보호회로에 많이 사용한다.