Ch. 3 Special Purpose Diodes
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) 광학다이오드 광방출다이오드 (LED) : 빛을방출하는다이오드 광다이오드 (Photodiode) : 빛을검출하는다이오드 광방출다이오드 (LED: light emitting diode) 전계발광 (electroluminescence): 순방향바이어스 : n영역의자유전자 p 영역으로이동, 정공과재결합 광과열에너지방출 표면 photon ( 광자 ) 발생 Doping 물질에따라서색을결정 GaAs: 적외선 (Infrared: IR) GaAsP: Yellow or red GaP: Green or red 21
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) LED LED 바이어스 : 1.2 ~ 3.2 V 광방출 : 빛의파장 (wavelength: λ) 가시광선인지적외선인지결정 가시광 : 590 nm(yellow), 540 nm(green), 660nm(red) 적외선 : 940 nm LED 방사패턴 : 방사패턴이좁을수록특정방향에조사
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) LED LEDs emit a specific range of wavelengths which depend d on the construction and dye material used. The wavelength is given on the specification sheet. LEDs are available for visible light and infrared. put (normalized d) Light out 1.0 0.9 08 0.8 0.7 0.6 0.5 04 0.4 0.3 0.2 0.1 0 420 460 500 540 580 620 660 700 740 λ, wavelength (nm) Q: peak wavelength of a green LED?
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) LED Another characteristic shown in specification sheets is the radiation pattern for the LED. This plot is an example of a typical pattern in which light is concentrated in one direction. 30 30 20 20 10 10 0 10 10 20 20 30 30 A wider viewing angle will show a wider pattern such as the TLDR5400: 40 50 50 60 60 Light Light output output 40 50 50 60 70 70 70 80 80 80 80 90 90 90 90
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) LED 규격표 최대역전압, 최대순방향전류, 순방향전압강하 그래프 : 파장, 방사패턴 복사광도와발광 복사강도 (axial radiant intensity) I e : 출력전력 /steradian - 5 mw/sr (at IF = 20 ma), sr 은고체각측정단위 발광 (Irradian: E): 전력 /mw/cm 2 E = I e /d 2 e 예제 3-10 LED 데이터 ( 그래프 ) 로부터 최대출력 = 35 mw 910 nm 에서복사강도? I e = (0.25)(35 mw) = 8.75 mw 그림 () (c) I F = 20mA 순방향전압강하? V F = 1.25 V (I F = 20mA) 그림 (b) I F = 40mA 복사강도? I e 10 mw/sr 그림 (e) d = 10 cm 최대발광? E = I e /d 2 = (35 mw/sr)/(10cm) 2 = 0.35mW/cm 2
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) TSMF 1000 data sheet
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) TSMF 1000 data sheet (b) (c) (d) (e)
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) LED Example: A certain bright red LED drops 2.22 V at a maximum current of 20 ma. What series resistor is required to limit the current to 20 ma from a 5.0 V source? Rs Solution: 5V + 2.2V Imax = 20 ma Vs VLED 50V 5.0 2.2 22V R = = = 180 Ω I 20 ma
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) LED Example: A certain bright red LED drops 2.22 V at 20 ma. What power is dissipated by the LED? Solution: P = IV = 20 ma 2.2 V = 44 mw ( )( )
광다이오드 응용 : 7-segment DISPLAY
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) 광다이오드 (Photodiode) 역방향바이어스로동작하는소자 PN 접합이광에노출될때역방향전류발생 광의강도에따라전류증가 암전류 (dark current) 조사되는빛이없을때역방향전류로거의 무시 Dark current Reverse cu urrent, ( I λ ) 0 Irradiance, H 31
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) 광다이오드 (Photodiode): 그래프해석 V R = 10V, I λ (light current), 소자저항 (device resistance) R R? Irradiance E = 05 0.5 mw/cm 2 I λ 14 1.4 μa A R R = V R /I λ = 10/1.4μ = 7.14 MΩ E = 20 mw/cm 2 I λ 55μA R R = 10/55μ = 182 kω 빛의강도로제어되는가변저항소자 V R 빛 E R L R L 에서 voltage drop 으로탐지한다. R R
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) TEMD 1000 data sheet
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) TEMD 1000 data sheet (b) (c) (d)
3-4. 광학다이오드 (Optical diodes) 광다이오드 (Photodiode) Ex 3-12. TEMD 1000 photodiode datasheet V R = 10 V 에서 Maximum dark current? Solution: datasheet Basic characteristics 참고 Reverse dark current I ro = 10 na ( 최대 ) 파장 (λ) 이 850 nm에서 irradiance ( 발광 ) 1mW/cm 2 에대한 reverse light current? 단, device angle = 10 (maximum irradiance 기준 ) 이고 reverse voltage = 5V. Solution: datasheet 그림 (d) 참고 최대상대감도 (=1) 인파장이 950 nm에서 reverse light current = 12 μa datasheet 그림 (b) 참고 파장 850nmdml 상대감도 (relative spectral sensitivity) = 0.6 I λ = I ra = 0.6 12 μa = 7.2 μa datasheet 그림 참고 device angle 10 는 0.82이므로 I λ = I ra = 0.82 7.2 μa = 5.9 μa
3-5. 기타다이오드 (Other types of diodes) 레이져다이오드 (Laser diode) Laser 다이오드 : Coherent light-협대역파장방출 LED : Incoherent light 광대역파장방출 Highly reflective end Anode + p Partially reflective end Depletion region 쇼트키다이오드 (Schottky diode) pn junction n 바이어스변화에빠른속도로응답, 고주파, 고속스위칭에사용 Metal-silicon junction 핀다이오드 (PIN diode) 역방향바이어스 : 일정한커패시터처러동작 순방향바이어스 : 가변저항처럼동작 터널다이오드 (tunnel diode) Cathode Anode n region A n n region intrinsic region Metal region K p region p i n Anode Cathode Cathode A 0 I F B Tunneling current Negativeresistance region C V F 부성저항 (negative resistance) 특성갖음, 발진기와마이크로파증폭기응용 전류안정다이오드 (current regulator diode): 일정전류를유지 cf. 제너다이오드 : 일정전압유지 계단복구다이오드 (Step-recovery diode) 순방향 역방향 일때축적된전하를빨리방출 fast switching time I D, diode current (ma) 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0 20 40 60 80 Z K @ V K V L @ I L I P & Z T @ V T POV VHF 와빠른스위칭응용 100 2 0 60 80 120 1 20 40 100 140 160 V AK, anode-cathode voltage (V) 36
Common Diode Symbols Zener Light-emitting Photo Varactor Laser Schottky PIN Tunnel Current-regulator
Homework (P. 163-166) - All Examples - Selected Problems: 1, 2, 5, 8, 10, 11, 12, 16, 18, 20, 21, 25, 26 38
Ch. 4 Bipolar Junction Transistor (BJT)
트랜지스터의구조 2
기본적인트랜지스터의동작 BE 접합순방향바이어스공핍층폭좁아짐 BC 접합역방향바이어스공핍층폭넓어짐 3
기본적인트랜지스터의동작 E 영역 (N) 에서 B 로쉽게확산 ( 전자, e) B 영역 : 폭이좁고소수정공존재 ( 적은불순물도핑 ) 확산된전자는일부만이 Base에서재결합 Base 전류 확산된전자의대부분은 BC 영역 ( 역방향 ) 의 (+) 단자로이동 Collector 전류 4
기본적인트랜지스터의동작 BJT 전류 I E = I C + I B 5
트랜지스터특성과파라미터 직류베타 (β DC ) 와직류알파 (α DC ) β DC 컬렉터전류와베이스전류의비 ( 전류이득 ) 20 ~200 β = DC I C I B α DC 컬렉터전류와이미터전류의비 0.95 ~ 0.99 < 1 α DC = I I C E β DC 와 α DC 의관계 I E = I C + I B I E /I C = 1 + I B /I C 1/α DC = 1 + 1/β DC =(1 + β DC )/β DC Ex.4-1 β DC = α DC 1-α DC α DC = β DC 1 + β DC Q. I B =50μA, I C =3.65mA, β DC, I E? A. β I I 3.65mA = 50μA C DC = = B 73 I E = I C + I B =3.65mA+ 50μA=3.70mA 6
트랜지스터특성과파라미터 직류전압해석 전류 전압 : I E, I C, I B : V BE, V CB, V CE 바이어스 : V BB, V CC V BE 0.7V : pn 접합 BE I B =(V BB - V BE )/R B V CE = V CC - I C R C = V CC (β DC I B )R C V CB = V CE V BE I E I C ( I E = I C /α DC ) 7