50개의 즉석 서바이벌 회로 (Ⅰ) - 전용 IC를 사용할 필요는 없다!

50개의 즉석 서바이벌 회로 (Ⅰ) - 전용 IC를 사용할 필요는 없다!

 

50개의 즉석 서바이벌 회로 Ⅰ

갖고 있는 부품으로 척척 완성한다
전용 IC를 사용할 필요는 없다!




즉석 회로 ① : 허용전력이 수W인 대전류 제너 다이오드 회로

레벨 시프트나 과전압 클램프에 사용한다

1. 계기
고성능 IC가 계속해서 발매되는 지금도 전원이 필요 없는 디스크리트 제너 다이오드가 유리하게 사용되는 곳이 있다. 예를 들면 끊임없이 변동하는 신호의 레벨 시프트(그림 1)나 과전압 클램프 등이다.
필자는 보통 소신호 회로를 상대하므로 수백mW급 제너 다이오드를 자주 사용하는 전압별로 갖추고 있지만, 드물게 수 W급 제너 다이오드가 필요한 회로를 시험 제작하는 경우도 있다. 예를 들면 파워 앰프 최종단 드라이버 회로에서 6V, 250mA 정도의 레벨 전환을 실시하려고 하면 2W급 제너 다이오드가 필요하다.
필자는 이것을 위해 수W급 제품까지 갖출 필요는 없다고 생각하므로 그림 2와 같이 간단한 회로를 사용, 제너 다이오드를 트랜지스터인 것처럼 사용했다.




2. 회로
(1) 동작 원리
그림 3은 그림 2에 나타난 회로의 제너 전압 VZ-제너 전류 IZ의 특성을 나타낸 것이다. 제너 전류가 작은 영역에서 Tr1은 OFF 상태이며 ZD1과 R1의 직렬 회로로 동작한다. 제너 전류가 증가하여 R1 양단 전압이 약 0.6V 부근에 도달하면 Tr1의 베이스-이미터 사이에 아주 작은 전류가 흐르기 시작한다. 컬렉터-이미터 사이에는 그 직류 전류 증폭률 hFE배의 바이패스 전류가 흐를 수 있도록 평형이 되며, ZD1의 제너 전압 VZ와 Tr1의 베이스-이미터간 전압 VBE의 합(VZ＋VBE)의 대전류 제너로 동작한다.
따라서 전환 영역에서는 어깨 부분이 약간 둥글게 된 VZ-IZ 특성을 보이지만, 그 이후 Tr1이 동작하는 영역에서는 평탄도가 좋아진다.



(2) 설계 포인트
그림 2의 예에서는 전환 포인트가 ZD1의 제너 전류 IZout인 5mA가 되도록 R1의 값을 다음 식과 같이 했다.


또한 대전류 영역의 제너 온도계수에는 약 －2mV/℃인 VBE 의 온도계수가 더해지지만 그림 1의 ZD1은 같은 정도의 플러스 온도계수를 갖고 있으므로 상쇄된다.

(3) 응용
한편, 그림 2의 회로를 극성이 역전되는 타이밍이 있는 용도에 사용할 경우 그림 2에서 점선으로 나타낸 것과 같이 트랜지스터의 컬렉터-이미터 사이에 다이오드를 역병렬 접속해야 한다.
대전류 영역에서는 회로 손실 PZ＝(VZ＋VBE)IZ의 대부분을 Tr1이 부담한다. IZ의 최대값은 빈도가 적고 폭이 좁은 서지 제한용 등에 사용할 경우 Tr1의 최대 컬렉터 전류로 정해진다. 그 외의 경우에는 Tr1의 발열로 제한된다. 이와 같은 때에는 Tr1을 TO-220형 등 방열이 쉬운 패키지용으로 변경하여 열 저항이 낮은 핀 등으로 충분히 방열해야 한다.


즉석 회로 ② : 전원전압이 변동해도 밝기가 변하지 않는 LED 점등 회로

전용 IC는 사용하지 않는다. 저항만으로 전류를 제한하면 휘도가 불안정할 때 사용하는 것이 효과적이다. 또한 수MHz의 가시광 통신도 가능하다.
일반 가정에도 LED 전구가 보급되고 있으며, 표시뿐만 아니라 조명 분야로도 용도가 확산되고 있다. 그와 함께 LED 구동 회로도 다양한 종류가 등장했다. LED는 빛나는 다이오드 이므로 전류 제한 회로를 사용하지 않고 전원에 연결하면 대 전류가 흘러 고장이 난다.
저항에 의한 전류 제한 회로의 경우 전원 변동의 영향을 받기 쉬워 손실이 크다. 그래도 LED 드라이버 IC를 사용하는 것이 필요 없다고 생각될 때 요긴하게 사용할 수 있는 간단한 정 전류 회로를 소개한다. 또한 이 회로는 변조도 가능하다

1. 가장 간단한 점등 회로
전류 제한 회로로서 가장 간단한 것은 직렬로 저항을 삽입 하는 그림 4와 같은 회로일 것이다. 12V 전원을 사용하여 직렬로 접속한 중형 백색 LED 3개에 약 50mA의 전류를 흘리는 회로의 예이다.



이 LED의 순방향 전압 VF는 1개당 3.0V이므로 LED 3개의 전압 강하는 9.0V이다. 따라서 R1은 다음 식에 의해 계산값에 가까운 62Ω을 선정했다.
R1 [Ω]＝(12V－9.0V)/0.05A
LED에 흐르는 전류는 다음 식에 의해 약 48mA가 된다.


그러나 이 회로의 R1 값에 대해서는 2개의 상반된 요구가 있다. 그 중 하나는 휘도의 안정성이다. 가령 그림 4의 회로에서 ＋12V 전압이 ±5% 변동하면 LED에 흐르는 전류는 ± 20%나 변화하며 휘도도 그에 비례하여 변동한다. 이 현상은 온도 변화나 LED의 편차에 의해서도 발생한다. 이것을 줄이려면 LED의 직렬 수를 줄이고 R1의 값을 올려 전원전압에 대한 R1 양단 전압의 비율을 늘리는 수밖에 없다.
또 하나의 요구는 발광 효율이다. 이것을 향상시키려면 발광에 관여하지 않는 R1에서 소비되는 전력을 줄이는, 즉 전원전압에 대한 R1 양단 전압의 비율을 줄이는 수밖에 없다. 그림 4의 회로에서 R1이 소비하는 전력은 높아도 144mW에 불과하지만, LED의 휘도를 높이기 위해 LED의 총 전류를 늘리려고 하면 무시할 수 없는 값이 되어 버린다.

2. LED 드라이버 IC를 사용한다
LED가 대면적 백라이트와 조명에 사용됨에 따라 안정성과 효율을 모두 만족시키는 구동 회로가 필요하게 됐다. 당초에는 범용 스위칭 전원 IC의 피드백을 연구하여 정전류화하는 회로를 고안했지만, 지금은 많은 제조사에서 LED 전용 드라이버 IC가 발표되어 주로 사용되고 있다.
그림 5는 LED 드라이버 IC를 사용한 점등 회로의 예이다. 이 회로에서는 전원전압과 LED의 VF를 조합함에 따라 여러 개의 LED를 직렬로 연결하여 최대 1A까지의 LED 전류를 점등할 수 있다.
LED 드라이버 IC에는 앞에 나온 예외에 다양한 형식의 제품이 있으며 LED 전류를 항상 감시/피드백하여 전류 안정성을 확보하고, 스위칭에 의해 LED 점등에 필요한 최대 한도의 전압을 발생시켜 효율을 높이는 연구가 이루어지고 있다는 점은 공통적이다.



3. 트랜지스터 2개에 의한 정전류 회로
그림 4와 같은 소수의 LED를 비교적 저전류로 구동하는 회로에 LED 드라이버 IC 회로를 사용하는 것은 너무 낭비이며, IC로의 전원 공급이나 스위칭 손실 등에 의해 그림 4의 회로 보다 효율이 떨어질 가능성도 있다.
이러한 경우 그림 6과 같이 간단한 정전류 회로가 도움이 된다. 이 회로에서는 R2의 전압 강하(Iout R2)가 기준 전압 IC 의 전압(VZ＝1.235V)과 같아지도록 Tr2가 동작하여 LED의 통과 전류 Iout을 조절한다. 그 귀환량은 Tr2의 직류 전류 증폭률 (hFE)에 따라 다르므로 별로 크지는 않지만 그림 4의 회로와 비교했을 때 상당히 안정적이다.
Tr1은 Tr2의 베이스-이미터간 전압 보상용이다. 또한 R1은 R2의 베이스 전류{Iout/(hFE＋1)}와 IC1의 바이어스 전류를 공급 하기 위한 저항이다.



(1) 응용 ①
그림 6의 회로는 간단하면서도 다양하게 응용할 수 있다. 조금 더 많은 LED를 점등시키고 싶은 경우, LED 측 회로를 하나 더 만들어 병렬로 접속하고 경우에 따라서는 베이스 전류 증가분 만큼 R1을 조정하기만 하면 된다.
추가하는 LED가 반드시 3개일 필요는 없으며 1개든 2개든 상관없지만, LED를 연결하지 않고 해방하면 다른 LED 계통의 휘도에 영향을 주게 된다. IC1을 떼어내고 대신 OP 앰프 등을 통해 플러스의 가변 전압을 부여하면 휘도를 조정할 수 있다.

(2) 응용 ②
LED 드라이버 IC와 같이 스위칭을 실행하지 않으므로 전류 제어 속도가 빠르며, 기준 전압에 펄스나 교류를 중첩시키면 조명에 의해 수MHz 정도까지의 가시광 통신이 가능하다. 단, 어떤 경우든 전압을 0V 가까이까지 너무 낮춰 Tr2를 컷오프하지 않도록 해야 하며 피크 전압에 의해 LED의 최대 전류를 넘지 않도록 주의해야 한다.


즉석 회로 ③ : 100V, 50mA 출력의 전류 증폭 회로

최대 수십mA 정전류 다이오드의 전류값을 올릴 수 있으며, 과전류 리미터 등에 응용할 수 있다.
정전류 다이오드(이하 CRD ; Current Regulative Diode) 는 간단하고 사용하기 쉬운 소자이지만 현재 단독 전류량은 18mA까지이므로 광량이 많은 조명용 LED에는 부족한 경우가 증가하고 있다. CRD는 여러 개를 병렬 접속하여 전류량을 간단히 증가시킬 수 있지만 의외로 개수가 증가하거나 내압이 부족해 골치를 썩게 된다. 이 때 편리하게 사용할 수 있는 것이 그림 7에 나타난 간단한 전류 앰프이다. 피치오프 전류 IP가 약 50mA로 내압 100V인 CRD와 거의 같은 값이다.



1. 정전류 다이오드란
CRD는 JFET의 정전류 작용을 이용한 2단자 소자로, 비교적 오래 전부터 앰프와 타이밍 회로에 사용되어 왔지만 이전에는 아는 사람만 아는 존재였다. 최근 들어‘구동 전압에 관계없이 초고휘도 LED에 일정한 전류를 흘리는 편리한 소자'로서 일반에게 알려졌다.
현재 일본에서 CRD를 제조하고 있는 회사는 SEMITEC(이시즈카전자)뿐이며 0.1m∼18mA까지 전체 16품종이 두 종류의 패키지로 공급되고 있다. 내압도 5.6mA 이하는 100V까지 있는데, 일본의 다른 반도체 제조사가 50V 이상의 JFET를 모두 폐기한 현재 귀중한 존재이다.

2. 회로
그림 7에 나타난 회로 전체의 IP에 대한 전류 게인은 Tr2의 직류 전류 증폭률을 hFE로 할 경우 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.


그림 7의 상수에서는 hFE＝180일 때 약 18배가 된다. 즉 CRD의 피치오프 전류IP가 2.7mA일 경우 약 49mA로 증폭된다.
이와 같이 CRD 자체의 동작조건은 단독일 때와 다르지 않으며 전류 증가분은 Tr2에 흐르므로 Tr2는 그만큼 발열한다. 따라서 Tr2에는 열저항이 작은 패키지 제품을 선택하고 핀 등을 설치하여 충분히 방열시킨다. 이 회로의 불리한 점은 겉보기에 핀오프 전압이 높아진다는 것이다. CRD 본래의 피치오프 전압인 약 2.7V에 온도보상용 Tr1의 전압 강하분인 약 0.6V와 R1의 전압 강하분인 약 1.4V가 더해진다.
면적비가 큰 디스크리트의 페어 트랜지스터는 구하기 어려우며 Tr1과 Tr2는 별도의 제품으로 되어 있으므로 R1의 전압 강하분을 너무 작게 하면 안정성이 떨어진다. 따라서 사용 전압폭에 여유가 없을 경우 LED 드라이버 등 별도의 정전류 수단을 검토한다.


즉석 회로 ④ : 전원 OFF로 인디케이터 LED를 확실하게 소등하는 회로

전원을 껐는데도 LED가 희미하게 켜질 때의 대책으로, 인디케이터 LED에 역바이어스를 가한다.
그림 8과 같은 전원장치의 출력을 OFF했을 때 운전 중임을 나타내는 LED 인디케이터를 깨끗하게 소등하고 싶을 때가 있다. 내부 회로의 일부가 동작하고 있으면 LED 회로를 OFF해도 LED가 희미하게 점등되어 있어 밝은 곳에서는 잘 몰라도 어두운 방에서는 희미하게 점등된 것이 드러나는 경우가 있다. 그 원인은 내부에서 동작하는 파워 회로나 보조전원 회로의 스위칭 노이즈가 LED 회로에 흐르기 때문이다. 이에 대한 대책으로, LED에 역바이어스를 가하면 완전하게 OFF할 수 있다.



1. 원인
스위칭 회로에서 발생하는 노이즈는 코먼 모드 전류로 되어 물과 같이 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다. 회로와 분할하여 구분해도 어디서 어떻게 노이즈 전류가 흐르는지 판별하기 어려운 경우도 있다. 설령 원인을 알더라도 간단하게 대처하지 못한다.
LED는 응답성과 감도가 좋으므로 순방향으로 전류가 흐르면 스위칭 노이즈와 같은 고주파로 인해 불연속적인 전류에서도 희미하게 점등한다. LED 회로에 노이즈 전류가 흘러도 역 전압을 가해 점등하지 않도록 한다.

2. 구체적인 회로
그림 9의 회로와 같이 트랜지스터가 OFF되었을 때 LED에 역전압을 가한다. 그러나 LED의 역내전압은 대략 5V 정도이므로 큰 역전압을 가하면 파괴된다. 그래서 LED 양단에 역도 통 다이오드를 접속하여 역전압이 필요 이상 가해지지 않도록 한다. 이렇게 하면 LED를 완전히 OFF할 수 있다.



(1) 응용
그림 10(a)과 같이 포토커플러를 사용하여 신호를 전송하는 경우가 많다. 이 때에도 포토커플러의 다이오드 측에 노이즈 전류가 흐르면 내장 트랜지스터가 동작하는 경우가 있다. 그래서 그림 10(b)과 같은 회로로 하면 포토커플러의 다이오드에 역바이어스를 가할수 있어 오동작을 방지할 수 있다.




즉석 회로 ⑤ : 스위칭 트랜지스터에 가해지는 서지 전압을 줄이는 회로

고가의 고내압 트랜지스터로 변경하지 않고 콘덴서만 추가하면 해결할 수 있다. 그림 11과 같은 하이 사이드와 로우 사이드에 트랜지스터를 직렬로 실장한 회로인 경우, 전원 회로의 콘덴서에서 나오는 배선(패턴)이 길면 그 배선에 스위칭 전류가 흘러 그림 12(a)와 같이 큰 서지 전압이 발생하는 경우가 있다. 또한, 다이오드의 리커버리 전류가 크면 스위칭 시 전원 라인이 단락된 상태로 되므로 마찬가지로 큰 서지 전압이 발생하는 경우가 있다.



1. 회로
(1) 동작
그래서 하이 사이드 트랜지스터의 드레인과 로우 사이드 트 랜지스터의 소스 사이에 필름 콘덴서와 같이 내부 임피던스가 낮은 콘덴서를 접속하여 서지 전압을 콘덴서로 흡수한다. 콘덴서에는 큰 서지 전류가 흐르므로 고주파 대전류 회로용을 선택한다.
콘덴서를 트랜지스터의 다리 바로 옆에 접속하면 서지 전류가 흐르는 회로의 임피던스가 내려가 서지 전압을 낮게 억제 할 수 있다.

(2) 특성
그림 12(b)는 트랜지스터 바로 옆에 콘덴서를 접속한 경우의 서지 전압이다. 서지 전압이 억제되고 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 트랜지스터와 콘덴서의 거리가 길어지면 효과가 줄어든다.




즉석 회로 ⑥ : 대전류 릴레이의 ON 동작이 3배 빨라지는 회로

릴레이를 정전류 구동한다. 다른 회로의 동작과 타이밍이 맞지 않을 때 효과적이다.

1. 계기
릴레이 동작시간은 전류 용량이 작은 소형 릴레이의 경우 수ms로 짧지만 20A나 30A와 같은 대전류를 흘리는 릴레이는 10ms나 20ms로 느려진다. 다른 반도체 회로와 협조 동작 시키기 위해 릴레이 코일에 전압을 가한 후 재빨리 접점을 닫고자 할 경우에는 트랜지스터가 사용된 반도체 스위치로 한다. 그러나 반도체 스위치로 하면 발열하여 방열판을 사용해야 하므로 공간이 필요해져 실장할 수 없는 경우가 있다.
그림 13은 일반적인 릴레이 구동 회로를 나타낸 것이다. 릴레이 접점을 빠르게 닫으려면 그림 14와 같이 코일에 가하는 전압을 2배로 하여 정전류 구동한다.



2. 회로
(1) 동작
릴레이는 전선을 감아 만들어진 전자석의 자기 흡인력으로 접점을 닫는다. 즉, 코일에 흐르는 전류에서 흡인력이 발생하여 접점이 닫힌다.
코일에는 인덕턴스와 저항이 있어 일정 전압을 가해도 전류 상승이 천천히 이루어지므로 접점을 흡인하는 전류에 도달하 기까지 시간이 걸린다. 코일에 흘리는 전류의 상승 속도를 높이면 접점이 빠르게 닫힌다. 전류를 빨리 상승시키려면 높은 전압을 가하면 되지만, 릴레이 코일에 가해지는 전압은 코일 전류가 증가하여 릴레이가 과열되므로 제한되어 있다. 릴레이에 흘리는 전류를 바꾸지 않고 동작 속도를 높이려면 릴레이를 정전류 구동한다.
그림 14는 간단한 정전류 회로를 나타낸 것이다. 구동 트랜지스터의 이미터에 전류 검출 저항을 넣고 트랜지스터의 베이스-이미터간 전압(약 0.6V)을 이용하여 정전류 동작으로 한다. 릴레이 구동 전류를 40mA로 하면 이미터 저항은 0.6V/40mA＝15Ω이 된다.
정전류 구동 회로로 하자마자 코일에 가하는 전압을 지금까지의 2배 정도로 올려 코일의 전류 상승 속도를 높이면 릴레이 동작도 빨라진다. 그리고 정상 상태에서 코일 전류는 정규값으로 억제되므로 코일은 과열되지 않는다.

(2) 온도 변화를 줄인다
트랜지스터의 베이스-이미터간 전압에서 전류를 검출했지만 이 전압은 온도에 따라 크게 변하므로 릴레이의 코일 전류도 온도에 따라 변한다.
그래서 보다 안정된 구동 방법은 그림 15와 같이 정전압 다이오드를 사용하는 것이다. 이로써 온도 변화에 의한 검출 전압의 변화는 작아지며 전류 변화가 적어진다. 이와 같이 정전류 구동으로 하면 접점의 흡인력이 높아지므로 접점의 채터링 (진동)과 기계적인 마모가 증가한다.




즉석 회로 ⑦ : 대전류 릴레이의 OFF 동작이 3배 빨라지는 회로

OFF 동작이 10ms∼20ms로 느려 다른 회로의 동작과 타이밍이 맞지 않을 때 사용한다.

1. 계기
‘대전류 릴레이의 ON 동작이 3배 빨라지는 회로’에서 릴레이 ON 속도를 높인 회로와 마찬가지로, 20A나 30A와 같은 대전류를 흘리는 릴레이 동작은 10ms나 20ms로 느리지만 다른 반도체 회로와 협조 동작을 위해 릴레이 코일 전압을 OFF 한 후 접점을 빨리 열고 싶은 경우가 있다.
일반적인 릴레이 구동회로 ‘(대전류릴레이의 ON 동작이 3배 빨라지는 회로’의 그림 13)에 그림 16과 같이 코일과 병렬로 접속된 다이오드와 직렬로 저항을 넣는다. 또는 그림 17과 같이 다이오드를 정전압 다이오드로 교체한다.



2. 회로
릴레이 코일에 전압을 가해 전류를 흘리면 자기 에너지가 축적 된다. 그 상태에서 가한 전압을 OFF하면 축적된 자기 에너지는 코일과 병렬로 접속한 다이오드를 통해 전류가 흐른다. 에너지는 권선 저항에서 소비되며 전류가 감소하여 접점이 해방된다.
코일과 병렬로 접속한 다이오드가 없을 경우 축적된 전자 에너지는 전류로 흘릴 수 없다. 따라서 가한 전압을 OFF한 순간 고전압이 발생한다.
릴레이 구동 회로에 트랜지스터를 사용하면 트랜지스터의 내전압을 넘어 파괴되는 경우가 있다. 그러나 전류가 흐르지 않으므로 릴레이 접점은 빨리 열린다.
릴레이 구동 회로의 트랜지스터에 가하는 전압이 별로 상승 하지 않고 코일 전류를 감소시키므로 다이오드와 직렬로 저항을 넣는다. 저항을 넣은 만큼 코일 전압은 상승하지만 전류의 감소는 빨라진다.
또는 다이오드를 정전압 다이오드로 바꾼다. 다이오드의 전압만큼 코일 전압은 상승하지만 전류 감소는 빨라진다. 코일 전압과 정전압 다이오드 전압의 합이 구동 트랜지스터에 가해 지므로 이 전압이 트랜지스터의 내압을 넘지 않도록 한다.


즉석 회로 ⑧ : 수십 초의 장시간 리셋 신호를 출력하는 회로

기본적인 타이머인 IC555를 사용한다. 기계의 원점 복귀나 아날로그 적분기의 초기화에 사용할 수 있다.

1. 계기
전원 투입 시 기계계의 원점 복귀나 아날로그 적분기의 초기화 등 때때로 수십 초 단위의 장시간 리셋 신호가 필요한 경우가 있다. 먼저 CPU를 상승시켜 내장 카운터 기능을 사용하면 간단하게 실현할 수 있을 것 같지만, 전원이 상승하는 도중이나 CPU 초기화 기간 중에도 규정 신호를 확실하게 출력하는 회로를 만들려면 의외로 수고가 필요하다.
전용 회로를 만들면 간단하지만 일반적인 다기능 리셋 IC는 대부분 이러한 장시간 리셋 생성에 적합하지 않다. 이 때는 타이머 IC555(LMC555 등)를 사용하면 회로도 간단하며 확실하게 장시간 리셋 신호를 출력할 수 있다.

2. 회로
(1) 확실하게 기동시키려면
그림 18은 CMOS의 555를 원쇼트 모드로 사용한 장시간 리셋 회로이다. 전원 투입 직후부터 555 타이머를 확실하게 트리거시켜야 하므로 전원이 상승하여 LMC555C의 최저 동작 보증 전압인 1.5V에 도달했을 때 2번 핀의 트리거 단자 전압이 전원전압의 1/3, 즉 0.5V 이하가 되도록 해야 한다.
이를 위해 R1과 C1으로 구성된 지연 회로에서 2번 핀 전압이 천천히 상승하도록 했다. 그림 18에서는 이 시정수τD ＝R1, C1＝1.0s로 일반적인 전원 상승 시간보다 충분히 크게 설정했다. D1은 전원 순간 단락이 일어났을 때 C1에 모인 전하를 재빨리 방전시켜 재트리거에 대비하기 위한 다이오드이다.



(2) 리셋 펄스폭 설정
한편, 리셋 펄스폭 tP는 R2와 C2에만 의존하며 다음과 같이 구할 수 있다.
tP＝1.1×R2C2
그림 18의 회로 상수에서는 다음과 같이 구할 수 있다.
tP＝1.1×470Ω×22㎌≒11.4s
D2는 IC1이 펄스를 출력하는 도중에 전원 순간 단락이 발생 했을 경우 C2에 모인 전하를 재빨리 방전시켜 C1을 보호함과 동시에 전원 복구 시의 펄스폭이 너무 짧아지지 않도록 하기 위해 세운 대책이다.

(3) 부논리의 리셋 출력
그림 18의 출력은 정논리“( H”에서 리셋)이므로 범용 CPU 등 부논리 리셋 IC에는 원게이트 인버터나 소신호용 MOSFET 등을 통해 반전시킨다.

(4) 정논리 IC에 직접 연결할 경우 주의해야 할 사항
LMC555의 출력 전압은 부하가 가벼운 경우 최대 전원전압 까지 스윙한다. 그러나“H”를 출력하는 측의 구동 능력이 모 자라므로 부하가 약간 무거우면 전압 강하가 일어난다. 이에 대해“L”을 출력하는 측의 구동 능력은 충분하므로 출력 단자 에 풀업을 실시하는 것도 효과적이다.


즉석 회로 ⑨ : 전원 차단 후 일정 기간 재기동하지 않는 인터벌 타이머

전원 차단 직후 다시 투입해도 일정 기간 릴레이를 OFF할 수 있다. 전원을 OFF한 후 바로 ON(재시동)할 수 있는 장치가 대부분이지만 전원이 차단됐다면 일정 시간은 재기동시키고 싶지 않은 용도가 있다. 그러한 회로에 사용할 수 있는 타이머 회로이다.



1. 회로
회로는 그림 19와 같다. CR 시정수에 하이 임피던스의 JFET 스위치와 SCR 래치 회로를 조합해서 만든다. 사진 1은 그 외관을 나타낸 것이다. 다음과 같이 반드시 t[s] 사이의 인 터벌 타임이 생기도록 동작한다.

• 전원이 차단된 후 일정 시간 t[s] 내에 전원이 재투입된 경우 : 전원 차단 후 t[s] 후에 릴레이 ON
• 전원이 차단된 후 t[s] 경과하고 재투입한 경우 : 즉시 릴레이 ON

전원 라인의 순간 정지(정전)가 있었던 경우에도 동일하게 동작한다. 그림 20은 타이밍 차트를 나타낸 것이다. 초기 ON(전원 투입)일 경우 콘덴서 C2는 전하가 없어 쇼트 상태이므로 릴레이는 즉시 ON된다. 이 때 C2는 D1-SCR1을 통해 차트업한다(전원 차단 시까지 유지된다).
전원 차단 시 C2는 병렬 저항 R1에 의해 방전을 시작한다. C2의 전압이 V1까지 저하되기 전에 전원을 재투입하면 릴레이는 즉시 ON되지 않는다. C2는 그대로 방전을 계속하고 V1까지 방전되면 릴레이가 ON된다.

3단자 레귤레이터의 방열판을 크게 할 수 없을 경우 이렇게 한다 온도 상승이 15% 내려가는 흑 알루마이트 마무리 방열기 그림A는 3단자 레귤레이터를 사용한 안정화 전원의 회로를 나타낸 것이다. 마이컴 회로 등에서 널리 사용된다. 회로 변경 등에 의해 전류가 증가하면 3단자 레귤레이터의 온도가 규격보다 높아질 수 있다. 규격보다 약간 높은 정도라면 회로는 변경하고 싶지 않다. 실장 공간에 여유가 있다면 방열판을 크게 하는 것으로 해결할 수 있지만, 공간이 없는 경우에는 같은 크기의 방열판으로 대처해야 한다. 이러한 경우 알루미늄 표면의 방열판에 흑 알루마이트 처리를 실시한 방열판으로 변경한다. 그림 B는 알루미늄 표면의 방열판과 흑 알루마이트 처리한 방열판의 소비전력 및 온도 상승의 관계이다. 이 곡선에서 3W 소비전력 부분에 약 15%의 차이가 있다. 이것은 3단자 레귤레이터의 소비전력이 같다면 알루미늄 표면에서 흑 알루마이트 처리로 변경하기만 해도 온도 상승이 약 15% 내려가는 것을 나타낸다. 단, 자연 공랭인 경우에 해당되며 팬을 사용한 강제 공랭인 경우에는 적용할 수 없다. 측정에는 료산의 UOT-10CS24라는 TO220 타입의 트랜지스터와 3단자 레귤레이터 등을 설치할 수 있는 방열기를 사용했다.

즉석 회로 ⑩ : 신호의 고속 에지 검출 회로

500MHz가 넘는 고속 클록에 동기할 수 없는 고속 디지털 신호의 동기에 사용할 수 있다. 플립플롭 리셋을 전압 레벨이 아니라 에지에서 실행한다.
고속 클록을 극한까지 구성하려고 하면 IC 등의 전달 지연 시간과 클록 주기가 같은 정도의 시간이 되어(예를 들어 500MHz라면 주기 2ns) 클록 동기와 같이 느긋한 부분은 논할 수 없다. 동기시킬 수 없을 경우, 도미노식 로직으로 할 수밖에 없는 때도 있을 것이다. 그렇게 되면 에지 트리거 동작을 시키고자 할 경우 미분에 의존할 수밖에 없다.
그림 21은 시스템 클록과 비동기 외부 신호를 처리하는 플립플롭의 예이다. 리셋 신호의 에지에서 리셋한다. 여기에는 미분이 필요한데, 이 때 보통의 CR에 의한 미분 회로는 대부분 사용할 수 없다. 미분 회로의 반 값폭이 50ps로 되기 위한 CR의 시정수는 50ps/0.69＝72.46ps 이다. 이것을 50Ω의 저항으로 만든다고 하면 콘덴서는 약 1.4pF이 된다. 불가능할 것은 없지만 주위의 기생용량을 가미 한 수정 및 보정이 필요하다. 특히 부품 길이에 따른 인덕턴스는 적분 효과로 되어 버린다. 그래서 보다 간단하고 정확한 미분 펄스폭을 얻는 방법에 대해 소개한다. 파형도 깨끗하다.



1. 회로
회로는 그림 22와 같이 간단하다. 사진 1에 외관을 나타낸다. 입력된 신호의 스텝은 전송로 TL1에 전파되며 점 Ⓐ에서 TL3으로 간 신호는 끝까지 가면 쇼트 부분과 만나 100% 반전 반사되어 돌아온다. 되돌아온 신호가 점 Ⓐ에 도달하는 타이밍에서 이곳은 GND 전위로 된다. 여기까지는 원래 진폭의 1/4 진폭 신호가 나온다. 이로써 점 Ⓐ 는 TL3의 왕복 시간 후에 쇼트된다. TL2는 점 Ⓐ의 신호를 관측할 때 필요한 선(전송로)이다. 점 Ⓐ가 GND에 쇼 트된 시점 이후에는 각 부의 임피던스 매칭이 잡히므로 이후 반전은 없다. 이와 같이 끝이 쇼트된 전송로를 쇼터 혹은 쇼트 스터브라고 한다.





이 전송로를 프린프 기판으로 만드는 경우와 동축케이블로 만드는 경우가 있다. 전자파의 전송속도가 다르므로 길이 설정에 주의해야 한다. 동축케이블인 경우 거의 4.7ns/m 정도로 되며, 프린트 기판(FR4)의 마이크로 스트립 라인인 경우에는 6.2ps/m 정도이다(기판 재료에 따라 다르다). 주의해야 할 것은 쇼트 부분이다. 여기에 불필요한 배선이 있으면 그것이 인덕터로 되어 쇼트가 아니게 된다. 앞에 나온 것과 같이 수십ps를 문제로 할 경우 1mm 선은 인덕터로서 기능한다. 어쨌든 작게 만드는 것이 필수적이다.
실제 파형은 그림 23과 같다. 미분 회로에 입력한 원래 신호는 3Gbps의“1010”신호이다. 실제로 입력과 출력에는 케이블 길이에 따른 시간차가 존재하지만 그림 23(a)은 오실로스 코프의 스큐 조정 기능을 억지로 없앴다. 스큐까지 정확하게 취한 파형은 그림 23(b)과 같다.
이 회로는 신호가 감쇠된다. 고속 로직 신호는 작은 진폭에서도 동작하는 것이 많으므로 그대로 사용할 수 있지만, 지터 증가 등에는 주의해야 한다.


本記事는 日本CQ出版社가 發行하는「トランジスタ技術」誌와의 著作權協定에 依據하여 提供받은 資料입니다.

출처: http://www.hellot.co.kr/new_hellot/search/search_magazine_read.html?code=103&sub=001&idx=9707