[23.05.19] 전자회로 해석 및 설계 Day8 - BJT, MOSFET

<MOSFET>

 

PCB에서 사용하는 MOS들은 특성상 증폭기로 사용할 수 없다. (TR은 가능하다.) MOSFET switch는 on으로 동작할 때 양단의 전압차는 0V에 가깝다. 즉, 전압 drop이 적고, 파워 소모가 적다. BJT는 0.2V 전압 강하가 발생하기 때문에 파워 소모가 더 크다. 따라서 파워가 중요한 모바일 기기 같은 경우는 스위치로  MOS를 사용해야 한다. 

 

 

 

MOS 소자를 다른 걸로 바꾸고 특성을 확인해보자. 라이브러리에 없는 걸 사용할 때, lib 추가하고 소자 클릭 후 아래와 같이 두가지 밸류 네임을 수정해준다.

level은 0부터 8 까지 있는데, 8에 가까울수록 정교한 모델링이다. L은 channel length이고 Vto는 문턱전압이다. 또한 MOSFET는 특성상 기생 커패시턴스가 많아, 주파스 특성 잡기가 어렵다. 감마는 바디 이펙트, 람다는 얼리전압을 결정짓는 파라미터이다. 

 

 

<모스펫을 이용한 switching 회로>

input이 5v이면 output 0, input이 0이면 output 5v로 의도대로 파형이 출력되고 있다. 하지만 모서리 부분이 튀는 현상이 발생하고 있다.

dv/dt 는 edge에서 급하게 바뀌는데 (입력이 바뀔 때마다),  회로를 보면 기생 커패시턴스 Cgd에 흐르는 전류로 인해 edge에서 전압(I*R)이 튀는 현상이 발생한다. 파형의 기울기를 크게 하면 dv/dt가 감소하고 전류가 감소하여 튀는 현상을 줄일 수 있다.

기생 커패시턴스 Cgs가 있고, 저항 R을 추가해준다. -> RC 시정수를 만들어주면 rising, falling time을 크게 할 수 있다. 즉, dv/dt가 감소한다. 저항의 값은 임의로 주고 조금씩 키워본다. 

개선된 결과를 확인할 수 있다.

주의해야 할 점은, 시정수 값을 너무 크게 줄 경우 입력과 출력의 타이밍이 어긋나버리는 결과가 나올 수 있다. 따라서 주로 저항값은 수십킬로 옴 정도가 적절하다. 

 

 

 

<Load switch>

 

 

 

만일 실제 IC라면 출력 쪽에 C가 있다. 

 

커패시터 성분에 의해 inrush current가 발생한 것을 확인할 수 있다.

fix하기 위해 시정수를 만들어준다.

 

R, C 값을 조정하여 원하는 current 값으로 줄일 수 있다. 0으로 만드는 것은 거의 불가하지만 최대한 줄일 수 있다.

1.2A 정도에 550mA 수준까지 감소한 것을 확인할 수 있다.

 

출력단의 전압을 확인하면 천천히 방전되고 있는 것을 확인할 수 있는데 이것이 좋지않은 영향을 끼칠 수 있다. 빨리 방전되게 회로를 수정해보자. 예를 들어 전기자동차의 경우, 방전되지 않아 충전되어 있는 전압으로 인해 예기치 못한 사고가 발생할 수 있다. 따라서 빨리 방전되도록 해야 한다.

 

트랜지스터와 작은 저항을 추가해주었다.

 

이전보다 빨리 방전되고 있는 파형을 확인했다.