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[현대윤리] 현대사회와 윤리문제(소리바다사례) 평가B괜찮아요

나는 2002년도 기사들 중 '소리바다 폐쇄'에 대한 기사를 윤리적인 입장에서 다뤄 보고자 한다.네티즌들이 뽑은 2002년도의 최고의 이슈에서 소리바다 폐쇄에 대한 기사가 빠진 적은 없다. 언제나 상위권에 머무르며 네티즌들의 비상한 관심을 모으고 있다. 우선 소리바다에 대한 이야기를 하기 전에 소리바다가 무엇인지 부터 알아야 할 것이다.대부분이 알고 있겠지만 소리바다란 P2P기술(peer to peer:사용자 대 사용자)을 이용한 사용자간의 파일교환 프로그램이다. 유사한 프로그램으로는 미국에서 저작권 문제로 사용 금지 된 '냅스터', 그리고 지금도 사용되고 있는 '당나귀', 'WIN MX' 등이 비슷한 프로그램으로 들 수 있겠다.그렇다면 이러한 프로그램들이 왜 문제가 되고 있는 것일까?일단 소리바다의 폐쇄에 찬성하는 음반 업계의 말은 간단하다. 힘들게 돈 들여서 만든 음악들은 돈을 내고 들으라는 것이다. 지금까지 보아온 뉴스를 살펴보면 TV쪽에서는 음반업계 쪽의 편인 것 같다. 한창 소리바다에 대한 문제로 시끄러울 때 뉴스에서, 물론 9시 뉴스 같은 중앙 뉴스에서는 간단히 보도했지만 연예정보 프로그램에서는, 가수들과 음반 업계 사람들이 인터뷰를 통해 '소리바다는 나쁘다.', '왜 우리가 힘들게 만든 음악들을 공짜로 들으려고 하느냐.' '제발 CD좀 사 주세요.' 이런 인터뷰가 주를 이루었다.하지만 실상 네티즌들의 의견은 많이 다르다.온라인 여론조사 기관인 나라리서치(www.nararesearch.com)는 최근 네티즌 1,328명을 대상으로 'MP3 플레이어에 관한 설문조사'를 벌인 결과, 이가운데 77%인 1,023명이 음악을 다운 받을 때 소리바다를 이용하는 것으로집계됐다.이 밖에 냅스터를 이용해 음악을 내려 받는 네티즌은 10.0%(132명)로 나타났다.한편 MP3 플레이어의 용도를 묻는 질문에는 응답자의 89.1%인 1,183명이'음악 감상'이라고 답했으며 학습용(10.5%, 139명), 기타(0.4%, 6명)로 집계됐다.나라리서치는 웹메일 솔루션기업인 ㈜나라비전(대표 한이식)이 만든 온라인 리서치 전문 사이트로 설문작성 프로그램을 자체 개발, 온라인 리서치조사서비스를 제공하고 있다.정민정기자 jminj@sed.co.kr (한국일보 2001년 05월 11일 자)그리고 소리바다의 폐쇄에 반대하는 네티즌들도 물론 사용하는 사람수만큼 많다. 한 조사 기관의 조사에 따르면 네티즌들의 80% 이상이 소리바다의 폐쇄에 반대를 하고 있다는 결과를 볼 수 있을 정도였다. 그뿐만 아니라 소리바다의 폐쇄에 반대하는 서명운동을 비롯해 소리바다 살리기 캠페인까지, 소리바다에 대한 네티즌들의 사랑은 뜨거웠다.그렇다면 이렇게 소리바다가 네티즌들 사이에서 인기가 있었던 이유는 무엇일까. 그것은 빠른 속도, 안정된 서버, 방대한 데이터(여기서 데이터란 MP3 음악들을 말한다), 무엇보다도 무료라는 점이다.만약 소리바다가 처음부터 노래 한 곡 다운 받는데 200원 이런 식으로 운영이 되었다면 현재와 같은 사용자수를 만들 수는 없었을 것이다. 여기서 문제점이 나타난다.바로 인터넷은 무료라는 네티즌들의 생각이다.물론 인터넷은 공짜다. 하지만 인터넷이 공짜라고 해서 그곳에 있는 자료들까지 모두 공짜로 얻기를 바라는 것은 지나친 욕심이 아닐까?노래와 음악은 만든 사람이 저작권을 가지는 지적재산이라는 점은 소리바다를 사용하는 사람이 초등학교 저 학년생이 아니라면 대부분의 사용자들도 인정할 것이다.음반 제작자들의 주장이 바로 이런 것이다."음악을 만드는 데에는 많은 돈이 든다. 하지만 현재 우리 나라의 음반 시장은 규모가 아주 작다. 100만장은 고사하고 요즘 댄스가수들은 30만장만 팔려도 대박 이라고 생각한다. 이런 상황에서 소리바다 같은 파일 공유 프로그램은 마땅히 폐쇄 되어야 음반이 많이 팔릴것이다."이러한 주장이 바로 그들의 것이다.이런 주장을 듣는 네티즌들의 의견은 대부분,"요즘 우리 나라 가요 시장에서는 돈주고 사서들을 만한 가치가 없다. 12000원~18000원 사이의 CD를 사면 한 두 곡 빼고는 들을 만한 가치 있는 곡이 없을 정도다. 이런 상황에서 돈을 주고 음반을 사라는 것은 억지다. 잘 만든 음반은 우리도 사고 싶다."다시 음반 제작자들의 의견,"앨범을 하나 제작하는 데에는 많은 제작비가 든다. 하지만 만들면 대부분 MP3로 듣고 앨범을 사지 않는다. 그러면 제작비는 회수되지 않고 돈이 없으니 저급한 앨범밖에 만들 수 없다. 가요 시장이 활성화되려면 대중들의 수요가 많아져야만 한다."이런 음반 업계와 네티즌들의 공방사이에서 지난 7월 법정싸움에서 결국 소리바다가 패소하고 소리바다의 폐쇄가 법정에서 결정 내려졌다.한가지 또 알아야 할 것은 소리바다 폐쇄에 대해 사용자들간의 파일 교환인데 왜 소리바다가 폐쇄가 되어야 하는지는 소리바다라는 프로그램을 조금 더 알아야 한다.소리바다는 물론 사용자간의 파일 교환이기 때문에 원천적으로 이것을 막을 방법은 없다.이것을 막으려면 파일 교환을 하는 개개인을 저작권법 위반으로 제재를 가해야 한다. 하지만 자세히 살펴보면 소리바다는 A라는 사용자와 B라는 사용자를 연결시켜주면서 서로의 데이터와 사용자 목록을 소리바다 서버에서 관리하고 연결시켜주기 때문에 문제가 된 것이다.지난 7월 소리바다가 폐쇄되었지만 국내의 기술은 여기서 멈추지 않았다.바로 'SUPER P2P' 방식을 도입한 '소리바다2'의 등장이다. 이번 소리바다 2는 서버에서 사용자의 리스트마저도 필요로 하지 않는 완전한 P2P방식의 프로그램이다.소리바다, 서버 없는 순수 P2P로 부활[정보통신] ZDNet 2002년 08월 27일 (화) 17:05지난 7월 31일 검색 서비스 중지로 '일단 후퇴'를 선언했던 소리바다가 완전한 P2P 프로그램을 공개하면서 음반저작권협회와의 법적 공방이 새로운 국면에 접어들고 있다.소리바다는 지난 8월 24일 '소리바다 2 베타 공개'라는 공지사항을 내걸고 '순수 P2P 프로그램으로 거듭났다'고 밝혔다. 이번에 공개한 '소리바다 2' 프로그램은 순수한 프로그램으로 서버의 아이디 목록조차 필요 없는 완전한 P2P 소프트웨어이다.이 프로그램을 이용하면 지난 달 31일부터 중지된 검색 서비스를 다시 이용할 수 있다. 다른 점이라면 소리바다 서버를 경유하지 않고도 사용자들 사이의 파일 공유가 가능하다는 점이다.이미 이 프로그램은 ZDNet 다운로드 사이트를 비롯한 마이폴더, 심파일, 보물섬 등에서 수많은 사용자들이 파일을 내려 받고 있으며 기존 소리바다 프로그램을 설치한 사용자는 소리바다 홈페이지에 접속하는 것만으로 업데이트가 이뤄지고 있다.그동안 소리바다의 대안 프로그램으로 주목받은 윈맥스(WinMX), 당나귀(eDonkey) 등 파일 공유 사이트를 ISP 차원에서 막도록 압력을 행사해 온 음반저작권협회는 공식적인 입장을 내놓지 않은 상태다.소리바다가 저작권법에 저촉되는 행동을 했으리란 의심을 받아온 것은 중앙에 서버를 두고 사용자를 연결시켜줬기 때문이었다. 그런데 이제 단순히 프로그램만 배포하고 중앙 서버에서는 아무런 행위도 일어나지 않는 상황이기 때문에 어떻게 법적용이 이뤄질지 귀추가 주목된다.사실 소리바다가 완전히 서버가 필요 없는 독립적인 프로그램이 됨으로써 사용자들 사이의 파일 공유를 원천적으로 막으려던 저작권자의 의도는 좌절될 상황에 처해진 셈이다. 이제 프로그램을 사용하는 각 개인에게 책임이 돌아가는 것이기 때문에 일일이 개인들을 찾아 사법처리 하는 방법밖에 남아있지 않다. 물론 이들 몇몇 개인을 '시범 케이스'로 고발하는 상황도 배제할 수는 없지만 이에 따른 네티즌의 반발은 불을 보듯 뻔한 상황이기 때문에 섣불리 사법처리를 할 수도 없는 상황이다.

인문/어학| 2003.06.20| 4페이지| 1,000원| 조회(544)

저작권, P2P, 소리바다, 현대윤리, 냅스터

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[자동제어] CEMTOOL을 이용한 DC모터의속도제어 평가A좋아요

* Electromechanical Systems[1] DC 모터- DC 전기 에너지를 회전 기계 에너지로 바꿈자기장(magnetic field) 안에서 도체에 전류를 흘리면 힘이 생김F = xi : 자기다발(magnetic flux) i: 회전자(rotor/armature) 전류- 높은 토크 발생, 넓은 범위의 속도 제어, 좋은 속도-토크 특성, 휴대성,여러 제어 방법에 적응- 회전자/전기자(rotor/armature), 정류자(commutator), 고정자(stator),영구자석(permanent magnet)으로 이루어짐. 모터의 모델링- 모터의 자기 다발 = Kfif if = field 전류- 모터의 토크 m = K1 ia(t) = K1 Kf if(t) ia(t)- 회전자/전기자(rotor/armature) 전류 제어 모터(if(t)=const=If)의 모델링회전자의 전압 Va(s) = (Ra + Las)Ia(s) + Vb(s)역기전력(back emf) Vb(s) = Kb (s)armature 전류 Ia(s) = [Va(s) - Kb (s)]/(Ra + Las)모터의 전자기력 Tm(s) = K1 Kf If Ia(s) = Km Ia(s)Km = K1 Kf If = 모터-토크 상수모터의 동역학 TL(s) = Jm s2 m(s) + bm s m(s) = Tm(s) - Td(s)정상상태 작동 때는 power balance: (Kb )ia = T = (Km ia) -> Kb = Km- field 전류 제어 모터(ia(t)=const=Ia)의 모델링자기장의 전압 Vf(s) = (Rf + Lfs)If(s)모터의 전자기력 Tm(s) = K1 Kf Ia If(s) = Km If(s)Km = K1 Kf Ia = 모터-토크 상수모터의 동역학 TL(s) = Jm s2 m(s) + bm s m(s) = Tm(s) - Td(s)Td(s) = 외란(disturbance)m(s) Km Km/JmLfG(s) = ----- = ---------------- = -----------------Vf(s) s(Jms+bm)(Lfs+Rf) s(s+bm/Jm)(s+Rf/Lf)Km/bmRf Km/bmRf L(=Jm/bm) > f= --------------- --------s( fs+1)( Ls+1) s( Ls+1) f = Lf/Rf -> 생략 가능* Models of Physical Systems Summary. Mathematical Modeling of Dynamic Systems1) 물리적 모델과 수학적 모델2) 전달함수(주파수)와 상태공간(시간) 모델링. Mechanical Systems1) 질량-탄성-감쇠(m-k-b) 2차 계: m d2x/dt2 = - k x - b dx/dt미분방정식/ 전달함수/ 상태공간 틀2) 질량-감쇠(J-b) 1차 계: J d /dt = - b미분방정식/ 전달함수 틀. Electrical Systems1) L-R-C 2차계: L di/dt + R i + idt / C = ei미분방정식/ 복소저항/ 상태공간 틀2) op amp: inverting/ 1st order. Analogous Systems1) 물리적으로는 다르나 같은 수학적 모델로 나타내어지는 계한 물리 계의 식의 답은 다른 비슷한 계에 그대로 쓰일 수 있음하나의 꼴의 계가 다른 꼴의 것보다 실험을 하기 쉬움2) 기계-전기 아날로지힘-전압 (질량-유도) 아날로지md2x/dt2 + bdx/dt + kx = p vs Ld2q/dt2 + Rdq/dt + (1/C)q = e힘-전류 (질량-저장) 아날로지md2x/dt2 + bdx/dt + kx = p/ Cd2 /dt2 + (1/R)d /dt + (1/L) = is. Electromechanical Systems1) DC 모터2) 회전자/전기자(rotor/armature) 전류 제어 모터(if=const=If)와field 전류 제어 모터(ia=const=Ia)의 모델링3) 모터의 운동 제어 -> 3장에서 다룸(1) cemtool을 이용한 DC모터 속도 제어의 모델링먼저 DC모터를 CEMTOOL로 모델링 한다.J=0.01;b=0.1;K=0.01;R=1;L=0.5;num=K;den=[(J*L) ((J*R)+(L*b)) ((b*R)+K^2)];결과를 보기위해 커맨드 모드에서 아래 명령을 실행하면>step(num,den,0:0.1:3)모델링의 결과가 그래프로 나타난다.(2) State-SpaceJ=0.01;b=0.1;K=0.01;R=1;L=0.5;A=[-b/J K/J -K/L -R/L];B=[0 1/L];C=[1 0];D=0;>step(A, B, C, D)결과는[2] SIM TOOL을 이용한 BUS SUSPENSION 의 모델링m1=2500;m2=320;k1=80000;k2=500000;b1 = 350;b2 = 15020;nump=[(m1+m2) b2 k2];denp=[(m1*m2) m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2) (b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];'G(s)1'printsys(nump,denp)num1=[-(m1*b2) -(m1*k2) 0 0];den1=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2) (b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];'G(s)2'printsys(0.1*num1,den1)>step(nump,denp)그래프로 나타난 결과는시뮬레이션을 위해 상태 선도를 나타내면이것을 SIMTOOL에서 모델링 하면 다음과 같이 나타 낼수 있다.이 시스템의 결과는 다음과 같이 나타나게 된다.필요한 블록 가져오는 작업이 끝나면 각 블록마다 파라미터 설정을 한다.먼저 Spring-Mass 시스템의 모델링을 하기 위하여 State Space 블록을 마우스 왼쪽으로 더블클릭하여 블록설정대화상자를 열어서 A, B, C, D 행렬의 값을 입력한다. 입력이 끝나고‘설정' 버튼을 누르게 되면 시스템의 모델링이 끝난 것이다. 다음으로 PID 블록을 더블클릭 하여 P,I,D 이득을 설정한다. 여기서 사용할 값은 P=100 , I=0.1 , D= 0.01 이다. 질량 M2 의 위치를 15m 에 위치시키고자 하므로 Constant 블록의 파라미터를 15로 입력한다. Sum 블록은 시스템의 출력신호와 입력신호의 차를 만들어 내기 위하여 입력의 개수를 2개로 하고 하나는 + 로 다른 하나는 -로 설정한다.

공학/기술| 2003.06.20| 6페이지| 1,000원| 조회(1,139)

제어, 자동제어, 전기공학, cemtool, SIMTOOL

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[전기공학기초] 전기현상의 주체가 되는 전하

전기 현상의 주체가 되는 전하BC 600년경 그리스의 탈레스는 호박(琥珀)을 마찰하면 대전(帶電)하여 가벼운 물체를 흡인하는 것을 알고 있었다. 이것이 전기 현상의 최초의 발견인데, 이 호박을 의미하는 그리스어의 ‘엘렉트론’이 그 뒤에 전화(轉化)되어 ‘일렉트리시티(electricity)’라는 말이 유래된 것으로 전해진다. 그러나 당시는 전기와 자기(磁氣)가 반드시 구별되어 있었다고는 볼 수 없다.전기와 자기를 명백히 구별한 것은 16세기 말 영국 엘리자베스 1세의 시의(侍醫)였던 W.길버트인데, 길버트는 자기와 마찰전기에 대해 처음으로 과학적 연구를 하였다. 그 후 프랑스의 물리학자 뒤페가 전하에 양음(陽陰)의 구별이 있는 사실을 발견하였고, 프랑스의 토목공학자 쿨롱은 전기를 가진 물체 사이에 작용하는 전기력에 관한 쿨롱의 법칙을 발견하였으며, 또 이탈리아의 물리학자 볼타에 의해 전지가 발명되는 등 전기 현상이 정밀과학으로서의 체계를 갖추게 되었다.19세기에 접어들자 패러데이와 맥스웰을 비롯한 많은 과학자들이 전기를 연구하게 되어 전기에 관한 법칙이 뒤를 이어 발견되었다. 옴의 법칙, 전자기유도(電磁氣誘導)의 법칙, 전기분해의 법칙, 전류의 자기작용(磁氣作用) 등이 그것이다. 이와 같은 여러 가지 발견은 산업혁명 후의 시장 확대에 수반되는 신속 정확한 통신에의 요망이나, 팽창하는 도시의 조명(照明) 문제 등과 같은 배경 하에서, 기술과 결부되어 수많은 전기기기 발명의 모체가 되었다.또 영국의 물리학자 J.톰슨이 발견한 이른바 ‘전자(電子)의 존재’는 원자물리학의 발전에 의한 물질 구조의 규명과 연결되어, ‘전자공학(electronics)’이라고 하는 전자의 응용분야 즉, 진공관이나 트랜지스터를 이용하는 길을 개척하기에 이르렀다. 또 현대물리학에서 전기라는 것은 물질을 구성하고 있는 소립자(素粒子)의 속성이라 할 수 있다.1. 정전기종류가 서로 다른 물질을 마찰하면 가벼운 것을 끌어당기게 된다. 이와 같이 주위 물질에 전기적 힘을 미치게 하는 물체를 대전체라 하고, 이들 물체에 전하가 존재한다고 한다. 대전체에 발생한 전하를 검전기(檢電器) 등으로 검사해 보면 전하에는 두 종류가 있다는 것을 알 수 있다. 이것을 양전하와 음전하라고 한다. 그런데 전하는 아무것도 없는 데서 발생하는 것은 아니다. 대전이란 원래 양음의 전하가 같은 양씩 존재하며, 서로 상대방의 작용을 상쇄시키고 있는 상태에서 두 종류의 전하로 분리되는 현상이다. 따라서 예를 들면 A와 B와의 마찰에 의해 A가 전하를 띠면, B에는 A가 띤 전하와 양은 같고 종류가 다른 전하가 나타난다.물체에 발생한 전하는 그 물체가 전기를 통하게 하지 않는 절연체이면 그 분포상태를 바꾸지 않지만, 도체일 경우에는 이동하여 새로운 분포상태로 바뀐다. 이와 같은 상태 가운데서 전하의 분포가 변화없이 보존되어 있는 상태를 정전기라 하는데, 그것에 의해 일어나는 현상에는 다음과 같은 특징이 있다. 이에 대해 전하의 이동을 전류라 하며, 이 경우에는 정전기 현상에서는 볼 수 없는 작용이 나타난다.① 2개의 정전하(靜電荷) 사이에는 그 전하가 동종일 경우에는 상호반발력이 작용하고, 이종(異種)일 경우에는 상호인력이 작용한다. 그 크기는 두 전하량의 곱에 비례하고, 전하 사이의 거리의 제곱에 반비례한다. 이것을 쿨롱의 법칙이라고 한다. 전하량(전기량)은 이 힘의 크기를 기준으로 하여 결정할 수 있다.② 정전하 사이의 전기력은 전하 주위의 공간에 어떤 종류의 성질이 주어지고, 거기에 있는 다른 전하에 힘을 미치는 것으로도 생각된다. 이와 같은 정전하 주위의 전기력이 작용하는 공간을 전기장이라 한다.③ 대전체 가까이에 물체를 놓으면 그 대전체 가까운 쪽에는 이와 반대되는 전하가 나타나고, 먼 쪽에는 같은 종류의 전하가 나타난다. 이 현상이 정전기유도인데, 물체가 비교적 가벼울 때는 전기력에 의해 대전체에 끌어당겨진다. 또 물체가 도체일 경우에는 유도된 한쪽 전하를 접지(接地)함으로써 흘려 버리고 다른 쪽 전하를 도체 속에 축적할 수 있다. 전기쟁반이나 기전기(起電機) 등은 이 현상을 이용한 것이다.④ 수주(水柱)의 높이가 수압을 결정하는 것과 같이, 대전체나 전기장에는 전위(電位)라는 것을 생각할 수 있다. 즉 전기장 안의 A에서 B로 양전하가 이동할 때는 일을 얻을 수 있고, 반대로 B에서 A로 양전하를 이동시키기 위해 외부로부터 일을 주지 않으면 안 될 때에는, A가 B보다 전위가 높다. 이것을 A,B 사이의 전위차(전압)라 한다. 물이 낮은 곳으로 흐르듯이 전위차가 있는 대전체를 도체로 연결하면 ＋전하는 전위가 낮은 곳으로 흐른다. 전위차의 실용단위는 볼트(V)이다. 1V란 1C(쿨롱)의 전하가 이동할 때의 일이 1J(줄)인 두 점 사이의 전위차를 말한다. 따라서 q C의 전하가 V V의 전위를 가지는 장소에 있을 때는 0 V(지구의 전위)의 장소에 있을 때보다 qV J만큼 많은 에너지를 축적하고 있는 것이다.⑤ 절연된 도체(예를 들면, 축전기의 극판 등)에 전하를 주었을 때 전위를 단위만큼 높이는 데 소요되는 전기량을 그 도체의 전기용량이라 한다. 그 값은 도체의 종류 ·형태 ·크기 등에 따라 결정되는 상수(常數)인데, 거꾸로 말하면 이 값이 클수록 전위를 높이지 않아도 많은 전하를 축적할 수 있다는 것이 된다. 실용단위는 패럿(기호:F)인데, 1C의 전하에 의해 전위가 1V 높아지는 경우의 전기용량을 1F으로 한다.2. 전류대전체를 도선으로 연결하면 순간적으로 전하가 이동되어 전위차가 없어진다. 그러나 전원에 의해 끊임없이 전하가 보충되어 전위차가 일정하게 유지되어 있으면 세기가 변하지 않는 계속적인 전류가 흐른다. 이와 같은 전류를 정상전류(定常電流)라 하며, 양전하가 흐르는 방향을 전류의 방향으로 한다. 전류의 세기는 단위시간에 이동하는 전하량에 의해 측정된다.실용단위는 암페어(A)이다. 이것은 도선의 단면을 1s 동안에 통과하는 전하가 1C일 때의 전류의 세기를 1A로 한 것이다. 따라서 C A의 전류가 ts 동안 흐르면 Ct C의 전하가 이동하는 것이 된다. 도선을 흐르는 전류의 세기 I는 도선의 양쪽 끝의 전위차 V에 비례한다. 즉, V＝IR가 된다. 이 관계가 옴의 법칙이다. 이 때의 비례상수 R는 전류가 흐르기 어려운 정도를 나타내는 것이므로 전기저항이라고 하며, 그 값은 도체의 재료나 형태, 크기 등에 의해 결정된다. 1V의 전위차로 1A의 전류가 흐르는 전기저항을 1Ω이라고 하여 전기저항의 실용단위로 한다. 전하가 축적하고 있는 전기에너지는 전류로서 흐를 때만 외부에 방출된다.즉 전위차 V V 사이를 C A의 전류가 흐르면 1s마다 CV J의 에너지가 발생한다. 이 ‘전위차×전류’로 주어지는 전류에 의한 일률을 단위 와트(W)로 표시하는데, 어느 시간 내에 발생하는 전기에너지는 이 와트수에 전류가 흐른 시간을 곱한 것이 된다. 보통 전력량(電力量)의 단위로 사용되는 킬로와트시(kWh)는 1kW의 전력을 1시간 사용하여 얻을 수 있는 에너지를 단위로 한 것으로 3.6×106 J에 해당한다.3. 전류의 작용전류의 작용은 다음과 같은 현상이 특징이다. ① 전류가 흐르면 도선에 열(줄열)이 발생한다. 이것은 전기에너지가 열로 바뀌는 현상인데, 발열(發熱) 이외에 전력이 소비되는 경우(예컨대 전동기의 경우)를 제외하면 발열량 Q는 전류 IA의 제곱과 전기저항 RΩ 및 전류가 흐른 시간 ts에 비례한다. 이것을 식으로 표시하면 Q=0.24I2 Rt cal=0.24VIt cal 로 된다.

공학/기술| 2003.06.20| 4페이지| 1,000원| 조회(450)

전기, 정전기, 전하, 전기의발생, 전기의기원

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[전력전자부품] 전기부품의 이해

2장 부품의 이해2.1 서론2.2 자기의 기본2.3 자성체2.4 자기회로2.5 인덕터2.6 자기 부품의 손실2.8 권선2.9 인덕터의 종류2.10 변압기2.11 전동기2.12 정전기학과 유전체2.13 커패시터2.1 서론전력전자 회로나 시스템은 인덕터, 커패시터, 변압기, 모터 및 스위치 소자 등으로 구성되어 있다. 전력전자 회로는 부품의 특성에 종속적이며, 실제적으로는 이상적이라 할 수 없다. 부품의 조립과 제조 공정을 통하여 부품의 구성물질은 이상적인 특성을 갖지 못하게 된다. 따라서 전력전자 회로의 동작을 논하기 전에 재료와 부품에 대한 전반적인 이해를 하는 것이 무엇보다 중요하다.2.2 자기의 기본2.2.1 정자계길이가 dl인 도체에 전류 i가 흐르면 그 주변에 자계가 생긴다. 자계의 세기 H는 아래의 비오-사바르의 법칙으로부터 구할 수 있다.dH= I over 4PIr^2 dLxa (Biot-Savart 법칙)여기서 벡터 a는 방사방향의 단위벡터이다. 자계 dH는 방사방향의 단위벡터와 전류가 흐르는 방향의 외적으로부터 결정할수 있다. 그러므로 길이 L인 도체에 의한 자계의 세기 H는 아래의 적분으로부터 구할수 있다.H = I over 4PIr^2 INT _{ L}Idl TIMESa전류가 흐르는 도체 주위의 원형의 자속선은 자계 벡터의 방향을 나타내며 이를 자기력선 또는 단순히 자속선이라 한다. 방사하는 전속선과 달리 자속선은 폐곡선이다. 만약 도체가 자계 안에 있다면 자계의 합은 자계의 중앙에서 가장 강하다.경계면을 통과하는 자속과 자속 밀도는 각각 와 B로 나타내고 아래와 같이 정의한다 .PHI = int_{A}B CDOT dA ,B = muH여기서 A는 경계면의 면적,mu는 매질의 투자율로서 균일한 매질의 자성체에서 시불변이며 등방성이다. 그러나 이상과 같은 선형적 관계는 실제적인 물질에서는 존재하지 않는다.암페어 주회적분의 법칙에 따르면 폐경로 l에 대한 자계 H의 선적분은 그 경로의 경계면을 통과한느 전류와 같다.int H cdot dl = I( 낮은 도전율로 인해 와류손이 저감 되므로 페라이트는 대부분의 고주파 회로에 적용된다.2.4 자기회로자속선의 펴경로는 전기회로와 유사하며 자속은 전기회로에서의 전류와 유사한 관계를 갖는다. 이러한 상사관계를 보다 구체적으로 알기위해 균등한 투자율과 일정한 자계의 세기 H인 코어 위에 N회의 코일을 감았을 때 자속 를 조사해 본다.PHI = B A = mu H A = mu N i over l A균일한 투자율을 갖는 자기경로 l인 자성체에서 자계 H는 일정하다. 이식을 다시쓰면phi = muA over l N i여기서 Ni(암페어-턴)는 기자력이라 하며, 전기회로의 공급 전압과 상사 관계를 갖는 것으로 볼수 있다. 다음으로 릴럭턴스 즉 R을 아래와 같이 정의한다.R= N i over phi = l over muA,R = l/mu_{r}over mu_{0}A2.5 인덕터인덕터는 자계공간에서 에너지를 저장하는 요소이다. 폐경로의 자성체에 다수의 코일을 감은 부품을 의미한다. 자기경로는 균일하거나 비균일한 투자율을 갖는 물질로 구성될수 있으며, 경로는 모든 철합금이나 페라이트 또는 공기등으로 구성할수 있다. 대표적인 비균일한 투자율을 갖는 경로는 자기경로와 함께 공극이 존재하는 경우를 들수 있다.2.5.1 균일한 투자율을 갖는 인덕터환상의 자성체에 권선을 실시한 인덕터의 경우는 일정한 투자율 를 가지며 선형의 B-H 특성을 갖는다. 코일에 전류가 흐르면 세기가 H인 자계가 형성된다.int_{l} h cdot dl = N i APPROX H l:l= 2 pi r환형철심의 중간부분을 따라 평균 경로의 길이를 l로 가정하면, 자속밀도는 다음과 같이 표현된다.B = mu H = mu N i over l쇄교자속은 자속 와 코일의 권수의 곱으로 표현된다.lambda = N phi = NBA = muN^2 A over l i따라서 다음과 같다.lambda = L i:mu N^2 A over l = mu_{0} N^2 a over l/mu_{r}2.5.2 비균일한 투자율의 코어를 적이다. 자성체 내부에서 정렬되어야할 쌍극자가 더 이상 존재하지 않으면 자속밀도 B는 정방향 및 역방향에서 포화상태에 도달한다. 포화영영에서의 투자율은 매우 낮으며 이는 자속밀도의 미소 변화에 요구된느 자계의 강도가 매우 크게 된다는 것을 의미한다.2.6.2 잔류 자속비선형성이 존재하는 또 다른 현상으로 외부 자계를 제거한 후에 코어 내부에 자기가 존재하는 잔류자기 현상을 들수 있다. 잔류 자속밀도는 Br로 표시되며, 자성체 내부의 모든 자기 쌍극자를 완전히 재정렬하기 위해서는 반대방향의 자계가 필요하다. 이 현상은 자기 쌍극자 고유의 기계적인 관성으로 설명할수 있다. 잔류 자속밀도 Br 은 코어의 재료에 따라 차이가 존해한다. 빠르게 포화에 도달하는 초기 동작문제는 Br 이 높은 경우보다 더 큰 문제가 될 수 있다.2.6.3 히스테리시스 현상자화와 소자는 코어의 내부에 있는 쌍극자의 물리적인 정렬과 비정렬 상태에 따라 결정된다. 이들 두 과정은 상호 동일하지 않고 실제로 매우 다르다. 즉, 화살표로 나타낸 것 처럼 순방향 자화와 역방향 자화 곡선은 서로 다른 경로를 나타낸다. 이 과정은 순방향과 역방향동작을 하는 두 개의 톱니 모양의 기어의 상대적인 위치에 비교될수 있으며, 이현상을 히스테리시스 특성이라 한다.2.7 자기부품의 손실자기 부품의 손실을 권선에서의 동손, 와류손과 히스테리시스 손의 세가지로 나눌수 있고, 모든 성분은 동작주파수의 증가에 따라 증가한다.2.7.1 동손동손은 자기 부품의 권선저항에 의해 발생하며, 손실은 전류의 제곱비로 증가한다. 그러므로 전류의 용량은 전선의 굵기를 결정하는데 제한 요인이 된다.동손은 주파수의 증가에 따라 증가하는 특성을 가지는데 이것은 도체의 표면 근처에서 전류가 집중되기 때문에 발생하며, 이러한 현상을 표피효과라 하는데, 이는 도체 내부의 자계가 도체의 단면을 통과하는 전류의 분포를 변화시키기 때문에 발생한다. 원형도체의 내부에서는 보다 많은 자속이 분포하게 되어 표면 부근에서 보다 높은 인덕턴스를 가지고 있으므로단하기 위하여 자속선에 수직선인 면을 절연하고 이를 적층하여 사용한다.다른 방법으로는 철 분말을 사용하여 코어를 만들 수도 있다.이러한 코어의 경우는 미소한 철 입자를 포함하고 있으며, 각 입자는 자기적으로 독립되어 있으므로 높은 저항을 나타내게 된다. 철 입자들은 침투깊이 보다 미소하므로 적층한 코어에 비해 높은 주파수의 동작에 보다 적합하다. 압분철심의 코어는 분포형 코어로서 코어 내부에 공극이 넓게 분포하고 있으며 높은 투자율을 가지므로 높은 주파수의 회로 동작에 적합하다.2.7.3 히스테리시스 손실히스테리시스는 자기적인 마찰현상이라 할 수 있으며, 히스테리시스 손실은 코어 내의 자기 쌍극자의 회전으로 인해 소비되는 불가피한 에너지이다. 순방향과 역방향의 양쪽방향의 주기적인 자화상태에서 주기당 단위 체적당의 에너지 손실은 히스테리시스 루프의 면적으로부터 구할수 있다. 그림 2.12(b)에 B-H평면을 가로지르는 형태의 히스테리시스 루프를 제시한다.W_{H}는 에너지 소비에 관한 관계식이다.W_{H} = 1 over 2 x (2B_{ac} cdot 2 H_{ac} ) = 2 b_{ac}^2 over mu v히스테리시스 손실은 다음과 같다.P_{H} = W_{H} f = 2 B_{ac}^2 over mu f여기서 f와 v는 각각 자화 전류의 주파수와 코어의 체적을 의미하며, 이상의 관계는 하나의 예를 들어 설명한 것이다. 일반적으로 코어 제조사들은 이러한 손실에 관한 특성곡선을 제시한다.2.8 권선도체는 절연재료로 만들어진 보빈 위에 권선되며 제작의 편리함을 위하여 보빈은 코어의 창면적과 완전히 일치되지 않으며, 또한 구리도체들도 원형으로 되어 있고 권선의 층간에는 절연재로를 사이에 넣는다. 따라서 창면적내부에는 완전히 도체로 채울수는 없게 된다. 여기서 변압기 설계에 적용되는 권선의 충만 정도를 나타내는 충만계수 k는 창면적에 대한 구리도체의 권선면적의 비로 정의할수 있다. 이 계수는 리츠선 경우는 0.4 정도이며 일반적인 원형 전선에서는 0.5-0.6 정여자 인덕터의 설계에 대해 설명한다.1차 권선에 정현파 전압이 인가되는 경우, 발생되는 자계는v = root 2 Vsin omega t를 나타낸다.v = N d PHI over dt = N A_{c} dB over dt또한,B = B_{max} cos omega tB_{max} = root 2 B;B = V over N A_{c}여기서A_c는 코어의 단면적 는 인덕터 양단에 나타나는 전압의 각주파수를 나타낸다. 코어의 크기는 1V당의 권수, 주파수, 포화 자속밀도와 같은 파라미터의 함수로 결정된다. 코어의 크기를 결정하는 유용한 관계식을 나타내면 다음과 같다.N_p over V_p A_c = 1 over 2pifBf와 B를 곱한 결과가 클수록 권수는 작게 할수 있으며, 코어 제조업체에서는 적합한 코어 재료의 선택에 사용될 fB주파수 특성 곡선을 제공한다.2.10 변압기변압기는 전기적으로 절연이 되어 있지만 자기적으로는 상호 결합이 이루어져 있다. 두 개 이상의 권선은 서로 자속을 공유한다. 그림 2.17(b)에서와 같이 3권선의 경우 각 권선에서 자속이 발생하고 이 자속을 상호 분배한다. 좌.우측의 권선 사이에 표시한 두 개의 실선은 코어를 나타내며, 기자력원으로 나타낸 왼쪽의 권선을 1차 권선이라 하고, 오른쪽의 나머지 권선을 2차 권선이라한다. 권선 단자에는 점을 찍어 전압이 동일한 극성으로 유기되는 것을 표시하며, 그림 2.17(c)에 등가 자기회로를 나타낸다.n권선의 변압기에서 각각의 권선에 인가 또는 유도되는 기전력은 아래와 같은 관계를 갖는다.v_{i} = - d _{i} over dt = -N_{i} d _{i} over dt; i=1,2,3,4....여기서lambda_{i}및N_{i}는 i번 권선의 쇄교 자속과 권수를 각각 나타낸다.phi_{i}는 i번째 권선과 쇄교되는 자속을 의미한다. 각 권선의 전류는 점으로 표시된 권선으로 유입되는 것으로 가정한다. 에너지 보존의 법칙에 따라서,int (v_{1}i_{1} + v_{2}i_{2} + ... .

공학/기술| 2003.06.20| 11페이지| 1,000원| 조회(846)

전자, 변압기, 인덕터, 전기, 소자

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[전기 전자 공학] PN 접합 다이오드

[1] PN접합의 Bias1.1 인가된 전압이 없을 경우 : 열평형 상태1.2 순방향 바이어스1.3 역방향 바이어스[2] 항복2.1 사태 항복2.2 제너 항복[1] PN접합의 Bias1.1 인가된 전압이 없을 경우 : 열 평형 상태그림 6.1a 와 같이 실리콘 시료의 한쪽은 n형으로 그리고 다른 쪽은 p형으로 도핑된 경우 어떤일이 일어나는지 생각해보자. p형 영역사이에 야금적인 접합이라고 부르는 급격한 불연속성이 있다고 가정하자. 그림 6.1a에서 이 접합은 M으로 표시 했는데, 이 그림에서 고정된 이온화된 도우너와 전도대 안의 자유 전자가 있는 n형 영역과 고정적으로 이온화된 억셉터와 가전자대 안의 정공들이 있는 p형 영역을 볼수 있다.정공 농도의 기울기로 인하여 정공들은p=p_{p0}인 p측으로부터p=p_{n0}인 n측을 향해서 우측으로 확산을 한다. 마찬가지로 전자 농도의 기울기로 인하여 전자들은 좌측으로 확산한다. 정공과 전자들은 서로를 향해서 확산하고 접합 영역 근처에서 만나서 재결합한다. 결과적으로 접합 영역은 접합에서 멀리 떨어진 p나 n 벌크 영역에 비해 자유 운반자가 공핍된다. 평형상태 하에서는 (인가된 전압이나 광 여기가 없는 경우) 어느 곳에서나pn= n_{i}^2이 성립해야 한다는 점을 주목하라. 접합 M 주위의 n형 영역에서 떠나는 전자들은 농도가N_{d}인 양으로 하전된 도우너 이온들을 노출시켜 남겨둔다. 마찬가지로 M부근의 p형 영역을 떠나는 정공들은 농도가N_{a}인 음으로 하전된 억셉터 이온들을 노출시킨다. 그러므로 접합M부근의 공핍층 혹은 공간 전하 영역을 보여주는 반면 그림 6.1c는 정공과 전자의 농도 분포를 보여 주는데 이때 수직농도의 축은 로그값으로 나타냈다. 공핍영역은 또한 천이 영역이라고도부른다.정공들을 p형 영역으로 그리고 전자들을 n형 영역으로 거꾸로 유동시키려는 양이온으로부터 음이온으로, 즉 -x방향으로의 내부 전계E_0가 있음은 명백하다. 이 전계는 확산 방향과 반대로 정공들을 움직인다. 그림 6.1b와 같이E전자를 유동시키려는 전계가 존재한다. 더 많은 정공들이 오른쪽으로 확산하고 더많은 전자들이 왼쪽으로 확산해서 결국 평형에 도달할 때 까지 M근처의 내부전계가 증가할 것이다. 평형 상태에서는 정공들이 오른쪽으로 확산하는 양의 양과 전계E_0에 의해 왼쪽으로 거꾸로 유동하는 양의 균형이 이루어진다. 평형 상태의 전자의 확산도 역시 평형상태에서 유동량과 균형을 이룰 것이다.그림 6.9a는 반도체들이 서로 분리 되어 있을 경우 동일한 물질로 구성된 p형과 n형 반도체의 에너지 밴드 다이어그램을 보여준다. p형 물질에서의 Fermi 준위E_{Fp}는 진공준위로부터_{p}만큼 아래에 있고E_{v}와 가깝다. n형 물질에서의 Fermi 준위E_{Fn}는 진공준위로부터_{n}만큼 아래에 있고E_{c}와 가깝다. 열 평형 상태에서의E_{Fp} - E_{v}의 차이는 p형에서의 정공의 농도p_{p0}를 결정한다.Fermi 에너지E_{F}의 중요한 성질은 평형 상태의 시스템에서 fermi 준위가 공간적으로 연속이어야 한다는 점이다. fermi준위에서의 차이DELTA E_{F}는 전기적인 일 eV와 동등한 데 이는 시스템에 행해지는 일이나 시스템이 외부에 하는 일이다. 두 개의 반도체가 서로 맞닿으때 그림 6.9b에서 처럼 Fermi준위는 두 개의 물질을 통하여 그리고 야금적 위치를 나타내는 M에서 균일해야 한다. M으로부터 멀리 떨어진 n형 반도체의 벌크에서는 아직도 n형 반도체이고E_{c} - E_{Fn}도 이전과 같아야 한다. 이러한 특징들은 그림 6.9b에서 보듯이 전체 시스템에서E_{Fp}와E_{Fn}을 동일하게 유지하고, 또한 밴드갬E_{c} - E_{v}도 동일하게 유지한다. 확실히 n측의E_c는E_Fn와 가까운 반면 p측의E_c는E_Fp로부터 멀기 때문에 에너지 밴드 다이어그램을 그리기 위해서는 M에 있는 접합 주변에서 밴드E_c와E_v를 구부려야 한다.두 개의 반도체가 접합을 형성하기 위해서 서로 접하는 순간 전자는 n측에서 p측으로 확산하고 그렇게 함으로서 접합부부근의 p형 물질에서의 정공의 손실은E_v가 M으로 가면서E_Fp로부터 멀어진다는 것을 의미하는데 이것도 역시 그림에 보였다.더구나 전자와 정공들이 서로를 향해서 확산하면서 대부분의 전자와 정공은 그림 6.1에서 보듯이 M근처에서 재결합돼서 사라지고 공핍영역 혹은 공간전하 영역을 형성하게 된다. 전자의 정전기적인 위치 에너지는 그림 6.1g에서 보는 바와 같이 p-영역내에서의 0으로부터 n-영역내에서의-eV_0로 감소한다. 그러므로 전자의 총 에너지는eV_0의 양만큼 p형으로보터 n형으로 가면서 감소해야한다. 다시말해서 n측의E_c에 있는 전자가 p측의E_c로 넘어가기 위해서 PE장벽을 넘어서야만 한다. PE장벽은eV_0이고V_0는 내부전위이다. 그러므로 M준위에서의 밴드의 구부러지은 이 영역에서의 전자와 정공의 농도 변화를 설명해 줄뿐만 아니라 내부 전위의 영향도 설명해준다.1.2 순방향 바이어스개방회로 상태하의 pn접합의 에너지 밴드 다이어그램은 그림 6.10a에서 보는 바와 같다. 순 전류가 없으므로 n측에서 p측으로의 전자의 확산 전류가 내부전계E_0에 의해 p측에서 n측으로 흐르는 전자 유동전류와 균형을 이룬다. 비슷한 논리가 정공에도 적용된다. 전자가 n측의E_c로부터 p측의E_v로 확산할 가능성이 확산 전류 밀도(J_diff)를 결정한다. PE장벽을 넘어설 확률은 exp(-eV_0/kT)에 비례한다. 그러므로 바이어스가 걸리지 않은 상태에서는 다음과 같다.J_diff (0) = B exp( -eV_0 over kT )J_net (0)= J_diff (0) + J_drift (0)여기서 B는 비례상수이고J_drift (0)은E_0에 의한 전자의 유동전류이다. 확실히J_diff (0) = - J_drift (0), 즉 유동은 확산의 반대 방향이다.pn접합이 순방향 바이어스 되는 경우 인가된 전압은 내부전위V_0에 반대가 된다. 그림 6.10b는 PE 장벽을 eV로부터e(V_0 - V )로 감소 시키는 순방향 바이어스의 영향을 보여준다. 이제 n측의E_은 p측으로부터 n측으로 확산해 나갈수 있다. 전지의 양의 단자는 p측으로 부터확산되어 나간 정공을 보충할수 있다. 그러므로 접합을 통하여 그리고 회로를 따라서 전류가 흐른다.n측의E_c에서 하나의 전자가 새로운 PE 장벽을 넘어서 p측의E_c로 확산할수 있는 확률은 exp[-e(V_0-V)/kT] 에 비례한다. 이 지수함수는 작은 순방향 전압에서도 크게 증가한다. n측으로부터 p측으로의 전자의 확산에 의한 새로운 확산 전류는 다음과 같다.J_dif (V) = B exp [- e(V0-V) over kT ]공간 전하층에서의 새로운 전계E_0 - E(E는 인가된 전계)에 의해 유동하는 전자에 의한 유동 전류가 여전히 존재한다. 이 유동전류는J_drft (V)의 값을 가진다. 순전류는 순방향 바이어스에서의 다이오드 전류이다.J = J_diff (V) -J_drift (V)J_drift는 알아내기 어렵다. 그러나 첫 번째 근사법으로E_0가E_0 -E로감소 했을지라도 확산에 의해 공간전하층에서 전자 농도가 증가하여J_drift를J_diff (0)와 대충 같은 값으로 가정할수 있다. 따라서J APPROX J_diff (V) - J_drift (0) = Bexp [- e(V0-V) over kT ] - Bexp(- eV_0 over kT )공통인수를 정리하면 다음 식이 유도된다.J APPROX Bexp (- eV_0 over kT ) [ exp ( eV over kT )-1]여기에 정공의 기여를 또한 더해야 하는 데 그 식은 위의 식과 비슷하면서 다른 상수 B를 가지는 식이 된다. 그러면 다이오드의 전류 전압관계는 다음의 익숙한 다이오드 식이 된다.J =J_0 [ exp ( eV over kT ) -1 ]여기서J_0는 온도 의존 상수 이다.1.3 역방향 바이어스역방향 바이어스가 pn접합에 인가될 때, 전압은 다시 공간전하층을 통과하면서 떨어진다. 그러나 이러한 경우에 Vr은 내부전위에 더해지므로 그림 6.10c에서 보는 바와 같이 PE장벽은 e(Vo + Vr) 이 된다.변화에 따라 빨리 감소하는 exp[-e(Vo + Vr)/kT] 에 비례하기 때분에 거의 무시할만하다. 그러나 유동 성분인 작은 역방향 전류가 존재한다. 전자 정공쌍(EHP)이 그림 6.10d에서 보는 바와 같이 공간 전하층에서 열적으로 생성될 때 여기서 전계는 이를 분리한다. 전자는 PE언덕을 따라 n측의 Ec로 떨어지고 거기서 전지에 의해 수거된다. 마찬가지로 정공은 PE언덕(정공에 대한 에너지는 아래로 가면서 증가한다.)을 따라 떨어져서 p측에 도달한다. PE언덕 아래로 떨어지는 과정은 전계에 의해서(이 경우는 Eo + E에 의해) 이동하는 것과 같은 과정이다. 그러므로 역방향 바이어스 상태에서 바이어스에 독립적이나 공간전하층의 EHPs의 열생성율에 의존적인 작은 역방향 전류가 존자한다.[2] 항복 (Break)pn접합에 걸리는 역방향 전압은 무한히 증가할수 없다. 결국 pn접합은 사태나 제너 항복에 의해 파괴되는데, 그로 인해 그림 6.15에 보인 것 처럼 큰 역방향 누설 전류가 초래된다. V=-Vbr인 영역에서 역방향 전류는 역방향 바이어스에 따라 크게 증가한다. 만약 제한되지 않는다면 큰 역방향 전류는 소비되는 전력을 증가시키고 이는소자의 온도를 올리고, 이에 의해 역방향 전류가 더욱 증가하는 현상을 초래한다. 만약 예를 들어 온도가 접촉을 녹임으로서 소자를 망가뜨리지 않는다면 항복현상은 회복 가능하게 된다. 만약 전류가 외부 저항에 의해서 전력의 소비 조건 내로 제한 된다면 항복상태에서 소자가 작동하지 못할 이유가 없다.2.1 사태 항복역방향 바이어스가 증가함에 따라 공간 전하층 내의 전계는 매이 커지게 되어서 이 영역의 전자 유동은 실리콘 원자에 충동하여 이온화 시키거나 실리콘 결합을 끊을수 있는 충분한 운동에너지를 얻을 수 있다. 유동 전자가 전계로부터 충분한 에너지를 얻어서 충돌을 하여 결정의구성 원자를 이온화 시키는 현상을 충동 이온화(impact ionization)이라고 부른다. 가속된 전자는 충돌 이온화가 Si-Si 결합을 깨뜨릴 때 최어진다.

공학/기술| 2003.06.11| 8페이지| 1,000원| 조회(1,539)

다이오드, 제너, 사태, 접합, 항복

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