능동소자
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1. 개요
능동소자는 외부 전원 공급을 통해 전기적 특성을 제어하는 전자 부품이다. 주요 종류로는 초기 전자공학에 사용된 진공관, 증폭 및 스위칭 역할을 하는 트랜지스터, 연산 기능을 수행하는 연산 증폭기, 전류 흐름을 제어하는 다이오드, 전자석을 이용한 계전기가 있다. 능동소자는 증폭 회로, 발진 회로 등 다양한 회로에 사용되며, 전자 기기의 핵심 부품으로 활용된다.
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| 능동소자 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 유형 | 전기 소자 |
| 정의 | 전기 에너지를 사용하여 신호를 증폭, 스위칭, 또는 변환하는 소자 |
| 작동 원리 | |
| 에너지 공급 | 외부 전원으로부터 에너지 공급 필요 |
| 제어 능력 | 신호 흐름 제어 가능 |
| 주요 특징 | |
| 능동성 | 회로 내에서 능동적인 역할 수행 |
| 비선형성 | 일반적으로 전압과 전류 사이의 비선형 관계 가짐 |
| 종류 | |
| 다이오드 | 정류 다이오드 제너 다이오드 발광 다이오드 (LED) |
| 트랜지스터 | 바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT) 전계효과 트랜지스터 (FET) |
| 집적 회로 | 연산 증폭기 마이크로프로세서 메모리 |
| 기타 | 사이리스터 트라이액 광전 소자 |
| 응용 분야 | |
| 전자 기기 | 컴퓨터 스마트폰 텔레비전 라디오 |
| 통신 시스템 | 무선 통신 광통신 |
| 전력 시스템 | 전력 변환 전력 제어 |
| 센서 | 온도 센서 압력 센서 광 센서 |
| 기타 | 자동 제어 로봇 공학 |
| 관련 개념 | |
| 수동 소자 | 저항, 커패시터, 인덕터 등 능동 소자와 대조되는 소자 |
| 회로 | 능동 소자를 포함한 전기 소자들의 연결 |
2. 종류
능동소자는 에너지를 변환하여 신호 에너지를 발생시키는 소자이다. 신호 단자 외에 전력 공급이 필요하다. 진공관, 계전기, 트랜지스터 등은 입력 신호로 작은 전력, 전압, 전류를 받아 큰 출력 신호로 전력, 전압, 전류의 변화를 얻을 수 있는 능동소자이며, 입력과 출력의 비율을 이득이라고 한다.[1] 대표적인 능동소자로는 연산 증폭기, 부성저항 특성을 띄는 다이오드(터널 다이오드, 발광 다이오드 등), 트랜지스터 등이 있다.
2. 1. 진공관
진공관은 초기 전자공학 발전에 중요한 역할을 한 능동소자이다.[1] 높은 전압에서 작동하며, 크기가 크고 전력 소비가 많다는 단점이 있지만, 특유의 음색으로 오디오 분야에서 여전히 사용된다.2. 2. 트랜지스터
트랜지스터는 증폭 작용 및 스위칭 역할을 하는 반도체 소자이다. 주로 전자의 이동도가 정공의 이동도보다 큰 NPN 형을 사용한다.[1]2. 3. 연산 증폭기 (OP Amp)
연산 증폭기는 두 개의 입력 단자와 한 개의 출력 단자를 가지는 증폭기이다. 두 입력 단자 전압 간의 차이를 증폭하며, 입력단은 차동 증폭기로 구성되어 있다. 사칙연산이 가능한 회로를 구성할 수 있어 연산 증폭기라고 부르며, 미분기 및 적분기 구현도 가능하다. 이상적인 연산 증폭기는 이다.2. 4. 다이오드
다이오드는 한쪽 방향으로 전류를 흘리거나 역방향 전류를 차단하는 스위치 기능을 한다. 입력 신호가 기준보다 높으면 전류를 통과시키고, 낮으면 차단한다.2. 4. 1. 발광 다이오드 (LED)
발광 다이오드는 순방향 전압이 인가될 때 빛을 방출하는 다이오드의 일종이다. 에너지 효율이 높고 수명이 길다는 장점 덕분에 조명, 디스플레이, 신호등을 비롯한 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. 대한민국은 LED 기술 개발에 적극적으로 투자하여 관련 산업 생태계를 구축해 나가고 있다.2. 4. 2. 레이저 다이오드 (LD)
레이저 다이오드는 특정 파장의 빛을 방출하는 다이오드이다. 광통신, 레이저 프린터, 바코드 스캐너 등 정밀한 빛 제어가 필요한 분야에서 사용된다.2. 5. 계전기 (Relay)
전자석을 이용하여 전기 회로를 개폐하는 스위치이다. 계전기는 고전압, 고전류 회로 제어에 사용되며, 산업 현장에서 자동화 시스템 구축에 중요한 역할을 한다.[1] 입력 신호로서 작은 전력, 전압 또는 전류를 넣어, 큰 출력 신호로서 전력, 전압 또는 전류의 변화를 얻을 수 있다.3. 용도
진공관, 계전기(릴레이)나 트랜지스터[1]와 같은 능동소자는 증폭 회로와 발진 회로 등에 사용된다.
3. 1. 증폭 회로
작은 입력 신호를 크게 증폭하는 회로는 트랜지스터[1], 연산 증폭기 등을 사용하여 구성하며, 음성, 영상, 통신 등 다양한 신호 처리에 사용된다. 진공관, 계전기(릴레이)나 트랜지스터[1] 등 입력 신호로서 작은 전력, 전압 또는 전류를 넣어, 큰 출력 신호로서 전력, 전압 또는 전류의 '''변화를 얻을 수 있는''' 소자는 '''능동소자'''(active element 또는 active component)라고 불리며, 그 입력과 출력의 비율을 이득이라고 한다.3. 2. 발진 회로
진공관, 계전기(릴레이)나 트랜지스터[1] 등을 사용하여 특정 주파수의 신호를 생성하는 회로이다. 발진 회로는 통신, 계측, 제어 등 다양한 분야에서 사용된다.
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