“저항기는 반도체인가?”는 많은 사람들이 궁금해하는 질문이며, 여러분이 찾고 있는 답이 바로 여기 있습니다. 저항기가 무엇인지, 전류가 저항기를 통해 어떻게 흐르는지, 그리고 반도체 소자와의 관계는 무엇인지 알아보려면 계속 읽어보세요. 또한 저항기의 저항값이 어떻게 계산되는지, 전자 회로에 사용되는 다양한 유형의 저항기, 그리고 그 응용 분야에 대해서도 간단히 다루겠습니다. 시작해 보겠습니다!
도체, 절연체 및 반도체
저항기가 무엇인지 이야기하기 전에, 고체 물질이 전류의 흐름을 허용하거나 방지하는 방식에 따라 어떻게 분류되는지 먼저 살펴보겠습니다.
도체, 절연체, 반도체
도체를 통한 전류 흐름
먼저 도체는 자연적으로 전하 캐리어 역할을 할 수 있는 자유 전자를 가지고 있습니다. 전압이 인가되면 이들은 움직이기 시작하여 전류를 생성합니다. 구리, 은, 금과 같은 금속이 도체의 예입니다.
절연체를 통한 전류 흐름
절연체는 자연적으로 이동성 있는 전자를 가지고 있지 않으며, 정상적인 조건에서 전압이 인가되어도 전류를 전도하지 않습니다. 그러나 절연체도 충분히 높은 전압이 인가되면 절연 파괴가 일어납니다. 이는 원자로부터 일부 전자를 떼어내어 이동 가능하게 만들고 전류를 전도할 수 있게 합니다. 고무, 유리, 플라스틱이 절연체의 예입니다.
반도체 물질을 통한 전류 흐름
반도체는 도체와 절연체 사이에 위치하는 전도 특성을 나타내는 고체 물질입니다. 이러한 물질로 만들어진 소자는 회로의 한 방향으로는 전류 흐름을 제한하면서 다른 방향으로는 흐르도록 허용할 수 있습니다. 또한 가시광선을 포함한 전자기 스펙트럼의 다른 부분에 대한 민감성과 같은 다른 특성도 가지고 있습니다. 실리콘과 게르마늄이 일반적으로 반도체 물질로 사용되어 왔습니다.
반도체는 도핑될 수 있는데, 이는 원래 물질의 결정 구조를 변경하여 전기적 특성을 바꾸기 위해 다른 원소를 추가하는 것입니다. 예를 들어, 실리콘에 인을 첨가하면 여분의 전자(음전하 캐리어)가 생성되어 ‘N형 반도체’라고 불리는 것이 만들어집니다. 또는 붕소를 대신 첨가하면 이동성 정공(양전하 캐리어)을 가진 ‘P형 반도체’가 만들어집니다.
이 두 가지 유형의 반도체를 사용하여 현대 집적 회로를 구성하는 가장 기본적인 구성 요소 중 하나인 PN 접합을 만들 수 있습니다. 이 접합은 전류가 한 방향으로는 흐르도록 허용하지만 반대 방향으로는 흐름을 제한합니다. 이러한 접합 두 개가 바이폴라 접합 트랜지스터에 사용됩니다.
기타 유형의 물질을 통한 전류 흐름
준금속이라고 불리는 또 다른 원소 그룹이 있으며, 이들은 금속성과 비금속성 특성을 모두 나타냅니다. 실리콘과 게르마늄 같은 일부는 반도체이지만, 비소와 안티모니 같은 다른 것들은 그렇지 않습니다. 그러나 이들 역시 반도체 제조에 필요한 필수 원소입니다. 준금속에 대해 더 알아보려면 현대 전자 제품에서 준금속이 반도체로 유용한 이유를 읽어보세요.
저항기란?
직렬 및 병렬로 연결된 저항기
전기 저항은 물질이 전류의 흐름에 얼마나 저항하는지를 나타냅니다. 저항은 그리스 문자 Ω로 표시되는 옴 단위로 측정됩니다. 구리와 같은 도체는 저항이 매우 낮은 반면, 절연체는 앞서 논의한 전기적 특성으로 인해 저항이 매우 높습니다. 반도체는 가변 저항을 나타냅니다.
간단한 저항기는 두 개의 단자를 가진 수동 전기 부품으로, 고정된 저항값을 가집니다. 회로에서 전류 흐름을 제한하거나, 전압을 분배하는 등 연결 방식에 따라 다양하게 사용될 수 있습니다. 이 고정 저항값은 온도나 전압에 따라 약간 변할 수 있습니다. 가변 저항을 가진 저항기도 있습니다.
옴의 법칙은 이상적인 저항기의 동작을 설명합니다. 이 법칙에 따르면, 저항기 양단의 전위차 또는 전압 강하는 저항기를 통과하는 전류에 정비례합니다. 회로에 추가할 수 있는 저항 외에도, 저항기는 전류가 흐르는 동안 그 안에서 소비되는 전력에 대해서도 정격이 매겨집니다.
축방향 리드 저항기는 전자 회로에서 가장 흔히 볼 수 있는 개별 저항기 중 하나입니다. 이들은 회로 전체에 걸쳐 직렬 또는 병렬로 배치될 수 있으며, 이는 최종적으로 기여하는 저항의 양을 변화시킵니다. 저항기가 전자 부품으로서 기본 기능을 수행하는 방식을 확인하려면 아래 회로도를 참조하세요.
저항기는 반도체인가?
간단한 저항기(왼쪽)와 반도체 물질로 만든 트랜지스터(오른쪽)
반도체와 저항기를 만드는 데 사용되는 물질은 모두 저항을 가지고 있지만, 이 둘은 같은 것이 아닙니다. 일반적으로 고정 저항기의 기능은 고정된 저항값을 제공하는 것입니다. 이는 에너지를 소비하며 전류의 흐름을 증폭하거나 제어할 수 없는 수동 부품입니다. 저항기는 양방향 모두에서 동일하게 전류 흐름에 저항하며, 이는 극성에 민감하지 않다는 것을 의미합니다. 저항기의 두 단자는 동일합니다.
반면, 다이오드와 같은 반도체 부품은 능동 부품입니다. 낮은 전위차에서는 저항이 매우 높습니다. 그러나 충분한 순방향 바이어스 전압이 인가되면, 한 방향으로는 저항이 급격히 감소하는 반면 다른 방향으로는 저항이 증가합니다. 순방향 바이어스가 걸리면 다이오드는 전도하지만, 역방향 바이어스가 걸리면 전도할 수 없습니다. 이는 다이오드를 극성에 민감한 소자로 만들며, 단자에 전압을 어떻게 인가하느냐가 중요합니다.
또한, 트랜지스터와 같은 반도체 소자는 그것을 통해 흐르는 전류를 증폭할 수도 있습니다. 결론적으로, 저항은 두 유형의 부품 모두에서 중요한 역할을 하지만, 회로 내에서의 기능은 동일하지 않습니다. 따라서 저항기는 반도체 부품과 동일하지 않습니다.
고정 저항기의 유형
전자 산업에서 사용되는 고정 저항기에는 여러 유형이 있습니다. 몇 가지를 살펴보겠습니다.
탄소 조성 저항기
탄소 조성 저항기(CCR)는 원통형으로, 연결을 위한 매립형 와이어 리드나 금속 엔드 캡이 있습니다. 저항 소자 역할을 하는 물질은 세라믹과 같은 절연 물질과 수지를 사용해 혼합된 미세 분말 탄소입니다. 이들은 주로 1960년대에 사용되었지만, 더 나은 전압 의존성과 허용 오차를 제공하는 더 우수한 저항기로 대체되었습니다.
이들의 주요 응용 분야는 서지 보호와 전압 펄스 감소인데, CCR이 비유도성이기 때문입니다. 오늘날에는 주로 전원 공급 장치와 빈티지 전자제품을 복원하는 데 사용되는 필수 부품으로 사용됩니다. 그리고 마지막으로, CCR은 PCB 제조 과정에서 회로 기판 기판에 인쇄될 수 있습니다. 인쇄 회로 기판에 대해 더 알아보려면 소비자 PCB와 이것이 소비자 전자제품 응용 분야에 사용되는 이유를 읽어보세요.
탄소 피막 저항기
탄소 피막 저항기의 제조 공정은 흥미롭습니다. 탄소 피막은 절연 물질의 기판 위에 증착됩니다. 그런 다음 나선 형태가 그 위에 잘려 부품을 위한 길고 좁은 저항 경로를 만듭니다. 다양한 형태로 자를 수 있기 때문에, 광범위한 저항값을 얻을 수 있습니다. 이들은 또한 탄소 조성 저항기보다 낮은 노이즈를 제공합니다.
후막 및 박막 저항기
후막 저항기는 1970년대에 매우 인기가 있었으며, 오늘날 사용되는 대부분의 표면 실장 소자(SMD)형 저항기가 이러한 방식으로 만들어집니다. 박막 저항기는 후막 저항기보다 천 배 더 얇으며, 제조 과정에서 피막이 적용되는 방식이 다릅니다.
박막 저항기는 반도체나 인쇄 회로 기판 제조와 매우 유사하게, 기판 위에 저항 소자를 진공 증착한 다음 원하는 패턴을 얻기 위해 식각하여 만들어집니다. 후막 저항기에는 스크린 및 스텐실 인쇄 방식이 사용됩니다. ‘서멧(cermet)‘이라고도 알려진 세라믹 도체가 저항 물질로 사용됩니다.
금속 피막 저항기
많은 축방향 리드 저항기는 금속 피막을 저항 물질로 사용합니다. 이들은 종종 니켈 크롬이나 서멧 물질로 코팅되며 여러 다른 방식으로 제조될 수 있습니다. 박막 저항기와 유사하게 만들어질 수 있지만, 때로는 탄소 피막 저항기에서 본 것처럼 나선을 자르는 방식으로 만들어지기도 합니다. 금속 피막 저항기는 장기 안정성, 허용 오차, 적절한 온도 계수, 낮은 노이즈로 잘 알려져 있습니다. 극한 온도에서 작동해야 하고 신뢰성과 안정성이 요구되는 고내구성 요구 사항의 경우, 금속 산화막도 사용될 수 있습니다.
권선 저항기
이름에서 알 수 있듯이, 이 저항기들은 세라믹, 유리 섬유 또는 플라스틱 물질로 만든 코어 주위에 니크롬 와이어를 감아서 만들어집니다. 그런 다음 보호용 에나멜 층이 이 위에 구워지며, 이 저항기들은 매우 높은 온도를 견딜 수 있습니다. 다음으로 절연층 케이싱이 있는 세라믹 또는 알루미늄 외장이 추가됩니다. 권선 저항기는 일반적으로 회로 차단기, 퓨즈, 방열판, 그리고 심지어 전기 철도 차량의 동적 제동 시스템과 같은 고전력 산업 응용 분야에 사용됩니다.
기타 고정 저항기
그리드 저항기
지금까지 논의한 것들 외에도 다른 저항기들이 있습니다. 1960년대에 저온 계수로 저항기 설계에 정밀성과 안정성을 가져온 Felix Zandman과 Sidney J. Stein이 개발한 금속 호일 저항기가 있습니다. 또한 전통적인 전류 측정 장치로 가능한 것보다 더 큰 전류를 측정하는 데 유용한 전류계 션트, 크레인 및 산업 장비에 사용되는 그리드 저항기, 그리고 자동차 배터리와 무선 송신기 테스트에 사용되는 탄소 파일 저항기도 있습니다.
가변 저항기 유형
전위차계
가변 저항기는 사용자가 다양한 방법을 통해 저항을 변경할 수 있게 합니다. 이는 별도의 탭 포인트를 갖는 것만큼 간단할 수도 있고, 저항 물질을 따라 슬라이딩하는 탭 포인트를 갖는 것일 수도 있습니다. 두 개의 단자를 가진 이러한 소자를 ‘레오스탯(rheostat)‘이라고 합니다. 방사형 축이나 노브에 연결된 조정 가능한 탭 포인트를 가진 세 단자 저항기는 주요 기능이 전압을 분배하는 것이기 때문에 ‘전위차계(potentiometer)‘라고 불립니다. 모든 오디오 기기의 표준 볼륨 노브는 본질적으로 전위차계입니다.
온도에 따라 저항이 변하는 서미스터가 있어 온도 측정에 유용합니다. 마찬가지로, 습도에 따라 저항이 변하는 휴미스터와 조도에 따라 변하는 포토레지스터가 있습니다.
반도체에 대해 더 알아보고 싶으신가요?
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FAQ
저항기는 반도체인가요?
아니요. 저항기는 회로에서 전류의 흐름을 줄이는 데 사용되는 수동 부품입니다. 이들은 전류를 증폭하거나 방향을 제어할 수 없습니다. 다이오드와 같은 반도체 부품은 반도체 물질로 만들어집니다. 이들은 순방향 바이어스가 제공될 때 한 방향으로 전류가 흐르도록 허용하는 반면 반대 방향으로는 전류를 저지합니다. 트랜지스터가 전류를 증폭할 수 있기 때문에 이들은 또한 능동 부품이기도 합니다.
다양한 유형의 저항기는 무엇이 있나요?
고정 저항기에는 탄소 조성, 탄소 피막, 서멧 후막, 서멧 박막, 금속 호일, 금속 피막, 권선, 그리드 저항기 등 다양한 유형이 있습니다. 레오스탯, 전위차계, 서미스터, 휴미스터, 포토레지스터는 가변 저항기의 몇 가지 예입니다.