도닦는공돌이

블루투스 모듈을 사용하실때 주로 3.3V를 만들어주기위해서 사용하는 IC입니다 ^^

잘 쓰신다면 ADJ를 쓰시면 되지만~ 귀찮다~ 그냥 바로 어플리케이션만 보고 땡겨 쓰시겠다는 분은

아래의 데이터 시트를 참고해주세요~ㅎ

LD1117.pdf

제너다이오드 (Zener Diode)

제너다이오드는 주로 직류전원의 전압 안정화에 사용된다.

음극 : Cathode

일반다이오드는 역방향 전압을 걸어주게 되면 항복전압전까지 미세전류(누설전류)만 흐를뿐 실질적으로 다이오드는 내부의 전자흐름을 차단하였다. 하지만 제너다이오드는 이런동작을 역으로 생각하여 역방향 항복영역에서 동작하도록 설계 되었다. 

제너다이오드의 역방향 항복에는 애벌랜치항복과 제너항복 2가지 형태가 있다.  애벌랜치는 앞서설명하였기에 생략하겠다.

제너항복은 제너다이오드에서 낮은 역방향 전압을 인가시켰을때 발생된다. 만약 높은 역방향 전압을 인가하면 애벌랜치 항복이 발생하여 일반다이오드처럼 파괴된다. 그리고 순방향 전압(바이어스)를 인가하면 똑같이 0.7V의 장벽전위가 발생한다.

어쨌든 핵심은 낮은 역방향전압(제너전압이라고함) 을 인가하였을때 역방향전류가 발생하며 (이를 제너전류라함) 제너항복이 발생된다. 제너항복전압이 낮은 전압에서 걸리도록 불순물의 도핑농도를 크게 하였으며 그 결과 가전자대역의 전자를 끌어와 전류를 생성할만큼 강한 전계를 만들수가 있다.

그래서 제너다이오드는 "정전압조정기"로써의 큰 특징을 지니며 이는 제너다이오드 양단의 전압을 일정하게 유지시킬수있다는 뜻이다. 즉, 입력전압이 변동된다고 가정하자. 그래서 제너다이오드를 통해서 전압이 출력되도록하면 일정한계수준의 제너전류까지 제너다이오드는 정전압을 출력시킨다. 이것이 바로 제너다이오드이다.

정전압조정을 위하여 다이오드가 항복을 유지하도록 최선의 역방향전류 IZK(제너무릎전류) 가 유지되어야 하며 IZM제너최대전류를 넘어서면 제너다이오드는 파괴된다.(애벌랜치항복이 일어난다) 그리고 명목상 제너전압전압을 Vz 제너시험전류라고 부른다.

먼저 FET은 앞서 설명한 트랜지스터와 똑같다! 단지 한가지 다르다면 트랜지스터는 전자전류, 정공전류를 사용하는 바이폴라접합이지만  FET은 하나의 전하반송자만을 이용하는 단극소자라는 점이다.

또한, FET은 전류가 아닌 전압을 증폭시키며 스위치로써의 특성도 뛰어나기때문에 전자스위치로도 많이 쓰인다. 

먼저 BJT와 비교를 통해서 설명을 하겠다.

BJT는 베이스단자를 통해 전류로 전류를 제어하지만 FET은 게이트 단자를 통해 전압으로 전류를 제어한다.

C컬렉터 - D 드레인

E이미터- S 소스

B베이스 - G 게이트

BJT의 채널은 NPN / PNP형태가 있지만 FET은 N채널과 P채널이 있다. 전류의 전도현상에 참여하는것이 정공이면 P,  자유전자이면 N으로 나눈 것이 채널이다.

FET이 BJT보다 잘 이용되고 있는 이유는 바로 제조가 간편하기 때문이다. 따라서 단가가 싸지기때문에 많은 공정에서 사용된다.

또한 입력임피던스가 크며 온도에 덜 예민하여 BJT와 비교가 된다. 또한 동작의 해석이 단순하다.

[동작해석은 아메리카노님의 블로그 참조] http://blog.naver.com/lws8661?Redirect=Log&logNo=10150907947

FET 종류중 하나인 JFET 에 대해서 알아보고 또 동작원리에 대해서 살펴보겠습니다.

앞서 말씀 드렸듯이 FET의 동작원리는 BJT와 다릅니다.

JFET은 위와 같은 모습을 하고 있습니다. 보시면 하늘색 부분이 N 채널 이라고 적혀있습니다.

P형 반도체도 있지만 전자 혹은 정공이 전도현상에 참여하게 되는 것은 이 하늘색 부분입니다.

우선 D에 (+), S에 (-)를 걸어 줍니다. 그러면 N채널일 경우 전류는 D -> S로 흐를 것입니다.

N채널을 통해서 말이죠, 이 N채널 물질은 드레인에서 소스까지의 전류 통로를 제공합니다.

이 때 흐르는 전류는 N채널 물질의 저항에 의해서 결정이 될 것입니다.

게이트부분을 보시면 P형 반도체로 되어있습니다. 게이트에 (-)전압을 인가해보겠습니다. (그러면 게이트와 소스가 연결되어있으므로 +극은 소스로 넣어지게 됩니다.)

그리고 보니 이렇게 게이트에 (-), 소스에 (+)를 걸어주니 다이오드에 PN접합에서 역방향바이어스랑 똑같은 상황이군요!

네, 맞습니다. 이렇게 연결하면 역방향바이어스가 됩니다. 그러면 공핍층이 커질 테지요.

위에 Depletion Region 이 바로 공핍층입니다. 이렇게 게이트에 전압을 점점 더 올려주게 되면 공핍층의 두께는 커지게 되어서 서로 맞붙게 됩니다.

게이트에 (+)전압이 아닌 (-)전압을 걸어주어 역방향 바이어스를 만드는 이유는 바로 이 게이트 전압제어로 인한 공핍층의 변화를 주어서 JFET의 전류를 제어하기 위함입니다.

위 그림을 보시면 공핍층이 결국 만나게 되는데요 이 두 공핍층이 만나는 것을 핀치오프라고 합니다. 그때의 드레인 전압 VD를 핀치오프 전압 VP라고 합니다.

근데 이상한게 하나있습니다. 유독 드레인쪽으로 공핍층이 몰리는 것을 볼 수 있는데요.

이것은 드레인의 (+)전압이 걸리는 N형 반도체와 게이트의 (-)전압이 걸리는 P형반도체의 역방향바이어스로 인해서 드레인쪽으로 쏠리는 현상이 일어난다고 생각하시면 됩니다.

정리하면 게이트 전압이 곧 JFET의 전류를 제어하는 것입니다. JFET은 이렇게 동작원리를 이해하시면 됩니다.

[동작해석2은 아메리카노님의 블로그 참조] http://blog.naver.com/lws8661?Redirect=Log&logNo=10151545068

오늘은 JFET의 동작원리 나머지 부분을 좀 더 이야기 해볼게요.

JFET의 동작의 중점은 게이트 전압의 변화, 즉 Vgs에 의해서 전류를 제어하는 것이었죠.

위의 그림에서 보시다시피 Vgs의 역방향 바이어스로 공핍층을 증가시켜 전류를 제어합니다.

자~ 그렇다면 JFET의 전압곡선 그래프를 한번 살펴보겠습니다.

위의 그래프를 보시면 x축은 Vds(드레인과 소스 사이의 전압), y축은 Id(드레인 전류)이고 그에 따른 Vgs 값에 따른 곡선을 나타낸 것입니다. JFET의 드레인 특성곡선이죠.

Vgs를 고정시킨 후 Vds값을 올릴 때 Id의 변화값을 살펴본 그래프라고 이해하시면 됩니다.

그러니까 드레인과 소스사이의 전류 Id는 게이트의 전압인 Vgs의 영향을 받는 것임을 알 수 있는 거죠.

어쨌든 Vgs의 상태를 한번 살펴봅시다. Vgs의 값이 커질수록 Id는 작아지는 것을 볼 수 있습니다. 앞에 (-)가 붙은 이유는 Vgs가 역방향 바이어스로 연결됐기 때문입니다.

그러다가 Vgs의 값이 –1.2V쯤에서 Id가 0이 됩니다.

Vgs의 값이 증가할수록 공핍층이 늘어나서 결국 Id의 값이 줄어드는 겁니다.

근데 이상한 점은 어느 순간 Id는 증가를 멈추고 일정하게 유지가 됩니다.

(이것을 Id가 포화가 됐다고 합니다. 핀치오프영역에 들어선거죠. 그 전까지는 공핍층은 저항역할을 하여 옴의법칙과 같은 선형성을 보여줍니다.)

 Vgs가 일정할 때 Vds를 증가시키면 분명 Id의 값은 계속 증가를 해야 되는데 말이죠.

즉, Vgs이 일정하더라도 Vds의 증가에 의해서도 공핍층이 늘어나게 된다는 겁니다.

Vds의 증가는 공핍층을 증가시켜 곧 핀치오프를 가져옵니다. 그래프에서 일정하게 유지가 되는 시점은 핀치오프 상태이며 이때의 Vd전압을 핀치오프전압이라고 합니다.

핀치오프가 된 시점에서는 Vds에서 아무리 전압을 높여주더라도 같은 양의 전류가 흐르는 것입니다.

여기서 헷갈려 하시는 분들이 있는데 Vgs의 증가에 따른 공핍층은 두께가 두꺼워져 전류를 감소시키는 것이라고 이해하시면 됩니다.

예를 한번 들어보죠. 톨게이트를 생각해보세요. 차량들이 톨게이트를 지나갑니다. 이때 좁은 톨게이트로는 차량이 일정한 양으로 지나갈 수밖에 없습니다. 아무리 차량의 수(Vds)가 증가해도 좁아진 통로에서 일정한 양(Id가 포화되는 시점)으로 유지되는 겁니다. 이해가 좀 되셨나요?

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네이버블로그의 아메리카노님이 너무 정리를 잘 해놓으셔서...달리 할말이 없다...

전력증폭기란 대신호 증폭기이다. 일반적으로 스피커나 송신 안테나에 신호 전력을 제공하기위해서 최종단에 적용된다.

그리고 실제적의미가 전력이 증폭되는것이 아니라 입력신호에 대해서 증폭해준다는 의미이다.

아래의 구분은 동작전압(바이어스 전류)를 얼마나 그리고 어떻게 거는가에 따라서 구분한것이다.

B급은 NPN과 PNP TR을 상보대칭형으로 구성하여 +신호는 NPN에서 - 신호는 PNP에서 부담하게끔 만든것으로

입력신호가 없으면 소비전류도 없습니다. 다만 이경우 입력신호가 낮은 경우 두 TR모두 OFF 상태이기 때문에

0점부근을 지날때 왜율이 발생합니다. 이를 크로스오브 왜율이라 합니다.

이를 보완하여 신호가 없을때도 약간의 아이들링 전류를 흘려줘 크로스오브 왜율을 없앤 BIAS방식이 AB급 

입니다. 오디오에 사용하는 앰프의 90%이상은 이방식을 사용합니다.

C급은 역 BIAS를 걸어줘 낮은 입력신호에서는 동작하지 않는 경우인데, 일반 AMP에서는 사용하지 않고, 진폭에 상관없는 FM 신호 증폭과 같은 RF 증폭에 주로 사용됩니다. 

1. A급 :전구간이 선형 영역에서 동작하는 증폭기의 형태

입력신호에 대해 증폭된 출력신호가 선형영역이 되도록 바이어스된 증폭기가 A급증폭기이다.

동작점이 1/2*VCC가 되게끔 한것으로 항상 콜렉터 전류가 흐르는 형태이다. 하지만 효율이 나빠서 최대효율이 약 25%미만..실제 효율은 9%미만이라서 소신호 증폭외에는 사용하지 않는다.

동작점 : 그래프의 중간이기때문에 신호가 짤리지 않는다. (최대 A급신호는 교류부하선의 중앙에 Q점이 있을때이다)

2. B급 : 입력의 반주(180도)동안만 선형으로 동작하는 형태

입력주기의 180도에 대해 직선영역에서 동작되고 나머지 180도에서 차단되도록 바이어스된 형태.

AB급은 180도보다 더 많은 영역에서 동작되는 특징을 가지고 있다.

장점 :  A급보다 주어진 입력전력의 크기보다 더욱 큰 출력전력을 얻을수 있다. (효율이 높다)

단점 : 입력파형의 충실한 재현을 위한 회로구성이 어렵다. 

         직류 베이스 전압이 0 일때 TR이 도통하려면 입력신호전압이 Vbe보다 커야 한다. 그래서 입력신호의 (+),(-)의 교번시간 간격으로 인해서 교차일그러짐이 나타난다. = 왜곡된 출력

형태 -  변압기결합형 

       - 상보형 대칭 트랜지스터 : 직류 베이스 바이어스 전압이 없다.신호전압에 의해 TR만 도통된다.

Why did distortion occur? P-N접합때문에 0.7V의 전압강하차가 발생하기 때문에.

동작점 : 그래프의 아래에 위치함

**푸시풀 : 두개의 TR이 반주기마다 번갈아가며 입력신호를 출력에서 재생산하는 AB,B급을 일컫는 말이다. **

3. C급 :입력주기에서 아주 작은 부분에서만 동작하는 증폭기의 형태 

가장 높은 효율을 얻을수 있다. 그러나 선형증폭기로는 사용하지 않는다. 왜냐하면 출력진폭이 입력에대해서 비선형적이기 때문이다. 차단점 이하에서 바이어스된다. 최대효율은 100%이다. 전력소모가 적고 출력전력이 크다.

4. AB급 : 약한 도통상태로 바이어스되는 증폭기 형태

a급 동작은 왜곡이 적은 이점이 있고, b급은 효율이 높은 이점이 있다. ab급 동작은 이들 양단의 절충형이라 볼 수 있다. q점은 차단점보다 약간 위쪽에 있어서 동작영역이 선형영역의 아래쪽 경계(왜곡되지 않는 곳)까지 미친다. 그러므로 트랜지스터는 입력파형의 50%보다 약간 더 많은 시간동안 0이 아닌 컬렉터 전류를 흘린다. 이런 바이어스상태를 ab급이라 한다. 이 증폭기 역시, 전주기 출력을 얻기 위해서는 푸시-풀 동작이 필요하지만, 직류바이어스점이 더 좋은 전력효율을 갖는 영기저전류레벨에 더 가깝다. ab급 동작의 출력신호 스윙은 a급이나 b급 그 어느 쪽도 아니다.

순수한 B지점에서 순수한 B급 증폭기에서 발견되는 교차 일그러짐을 제거했다.

트랜지스터의 세가지 접속방법에 따른 분류

1. 공통이미터 증폭기 (Common Emitter Circuit) (증폭기)

 Common의 의미는 교류신호에 대한 접지를 의미한다.

입력은 베이스로 공급이 되며 출력은 콜럭터이다. 높은 증폭률을 장점으로 한다.

-커패시터 C2와 C3는입력회로에서출력회로로신호가흐르고있는동안, 입출력이무엇이되었든간에이들로부터의직류를차단

-저항R4는출력신호가전원공급기로단락되어없어지지않도록유지

-공통이미터회로로들어오는신호는C2를통해서들어오며베이스전류IB의값을변화

-IB의작은변화는컬렉터전류IC의큰변화를야기

-이전류가저항R4를통해흐름으로써저항양단의직류전압의변화

-이중에서방해받지않는교류성분은커패시터C3를통해출력으로빠짐

CE회로는음성주파수에서초고주파까지많은증폭기의기초가되는회로

공통이미터구조는어떤조건에서도가장높은이득을제공

출력파형은입력에비해180°의위상차

2. 공통컬렉터 증폭기 = 이미터 플로워.(전압버퍼)

입력은 결합 커패시터를 통해 베이스에 공급되고 출력은 이미터이다.

CC증폭기의 전압이득은 '1'이며 주요장점은 높은 입력저항과 전류이득을 얻는것이다.

회로의 부하저항 RL이 입력에서 봤을때 커보이도록 하는 기능을 한다.

-직류바이어스는공통이미터회로와같고, 단지입력신호가베이스가아닌이미터에연결된것이다름

-R1양단에전압의변동을일으키고IB에변화를야기

-이작은전류변동의결과가R4를흐르는전류에있어서는큰변화로나타남

-이결과증폭이발생

-출력파형은입력파형과동상

신호는커패시터C1을통해들어오고, 저항R1은입력신호가접지로단락되는것을방지

바이어스는R2와R3에의해공급

커패시터C2는베이스단을신호접지로연결시켜주고, 저항R4는신호가전원공급기를통해단락되는것을방지

출력은C3를통해나감

공통베이스회로는공통이미터회로에비해다소이득이적음

일부응용분야, 특히RF 전력증폭용으로는이것이이미터공통구조보다더안정적

3. 공통베이스 증폭기 (전류버퍼)

전압이득이 크며 전류이득은 '1'이다. 입력저항이 낮기때문에 신호원의 출력저항이 매우 낮은것에 응용하는데 적절하다

입력저항은 낮으며 출력저항은 높은 형태로 입력신호를 온전히 받아서 출력신호로 온전히 보내는 기능을 한다.

-공통컬렉터회로(common collector circuit)([그림22-11])는컬렉터를신호접지로하여동작시키는것

-공통이미터회로에서와같이, 입력이베이스에인가

-신호는C2를통과하여트랜지스터의베이스로들어감

-저항R2와R3는베이스에대한정확한바이어스를제공

-저항R4는트랜지스터로흐르는전류를제한

-커패시터C3는컬렉터를신호(교류) 접지로연결

-R1을통해흐르는직류가변화하면, 이에따른직류전압의변화가이것의양단에나타남

-이전압의교류성분은C1을통해출력으로나감

-출력이이미터전류를따르므로, 이회로는때때로이미터팔로워회로(emitter follower circuit)라고불림

공통컬렉터회로의출력파형은입력파형과동상

출력임피던스가낮으면입력임피던스가높아지기때문에독특한회로

공통컬렉터회로는고임피던스를저임피던스에결합시키는회로에응용

잘설계된이미터팔로워는넓은주파수범위에서동작하고, 광대역임피던스정합변압기(broadband impedance-matching transformer)의저가용제품이됨

*다단증폭기의 목적 : 전체 전압이득을 증가시키기 위함

*결합커패시터 C1,C2는 DC적으로 입출력회로와 증폭회로를 분리시킨다. 즉 DC해석시 단락으로 보면된다.

▶ B(BIPOLAR 양극)J (JUNCTION  접합) T (TRANSISTOR 반도체소자)의 구조

3개의 영역으로 구성되어 있으며 이미터,베이스,컬렉터 라고 한다.

바이폴라라는 의미는 트랜지스터의 반송자로써 전공과 두개의 전자가 사용되었다는 것을 의미한다.

트랜지스터의 의미는 Trans-Resistor 로써, Resistor 값을 변화시킬수 있다는 뜻이다. 저항값의 변화는 단연 전류의 양을 조절할수 있다는 것이므로 트랜지스터의 의미는 전류의 양을 마음껏 조절할 수있다는 뜻이다 ^^ 혹자는 트랜지스터를 가변저항이라고도 표현합니다. 머 같은 말이겠지요 ? ^^;

▶ BJT의 기본동작

가변저항을 만져본 사람이라면 저항값을 돌리는 나사가 존재한다. 따라서 드라이버로 저항값을 이리저리 바꿀수가 있다. 그러나 트랜지스터에는 나사가 없다...대신..그것과 동일한 기능을 하는 베이스 (게이트)가 입력되는 전류값(전압값)에 따라 저항값을 조절하는 가변저항이 된다.  즉, 베이스단의 입력신호에 따라서 저항값 (전류의 양 조절가능)이 변하는 소자가 BJT인것이다.

[추가상식]

BJT는 입력전류로 조정하는 가변저항이라면 전계효과 트랜지스터 FET은 게이트 입력전압으로 조정하는 가변저항이다.

그리고 이렇게 입력단을 가지고 있으며 입력 신호의 조건에 따라서 작동및 특성으 달리하는 소자들을 "능동소자(active device)"라고 일컫는다. 그리고 반대로 고정된 작동만 하는것을 수동소자(passive device)라고 한다.

위의 그림은 npn접합 트랜지스터로써 전자와 정공의 움직임을 알아야 BJT 의 동작을 이해할수가 있다.

도핑농도 ( E > C > B) 

무겁게 도핑된 부분일수록 조밀한 전자의 흐름을 보이는데 위의 그림에서 큰 화살표에서 표시된것과 같이 BE접합에서 가장 가볍게 도핑되어서 가장 작은 영역인 p영역(베이스)으로 쉽게 확산된다. 정공은 흰색으로 표시되어있는데 베이스 영역에서 유입된 아주 적은 양의 자유전자들은 정공과 결합한다. 그리고 이것은 베이스 영역을 통하여 가전자대역의 전자로 베이스-이미터로 정공전류의 형태로 이동한다. Base Lead 부분이다. 금속부분.

그리고 금속의 베이스 리드로 들어간 정공전류는 자유전자가 되고 이것은 외부 베이스 전류가 된다. 그러나 베이스영역으로 들어간 자유전자의 대부분은 정공과 결합하지 않는데 이는 베이스 영역의 구조가 매우 얇기 때문이다. 그래서 대부분의 자유전자들은 역방향 바이어스된 BC접합으로 이동하게 되고 +전압으로 대전된 Vc로 인하여 컬렉터 영역으로 흘러 들어가게 된다. 그리고 이 자유전자들은 외부 전원으로 들어가게 되고 이것은 다시 이미터로 들어오게 된다.

이런 현상이 바로 B의 크기에 따라서 증폭이 되는 현상이다.

결과적으로 위의 그림은 전자의 흐름을 통하여 설명하였으며 실제 전류의 방향은 반대이므로 C-E의 방향으로 전류가 흐르게 된다.

그리고 베이스단의 전류의 양이 스위치 역할을 하게 되어 많은 베이스전류가 유입이되면 더 많은 CE전류가 흐르게 되는 것이다.

이 얘기는 앞서 얘기한 저항값의 변화와 매칭시켜서 생각해도 무방하다. 그리고 베이스 전류의 유입을 결정하는 것은 B-E사이의 전압을 얼마나 많이 주는가에 따라서 달라지며 이것을 통하여 C-E의 전류량을 조절할수가 있다. 그리고 베이스단으로 넣어주는 전압량(전류량)에 따라서 "포화,활성,차단"영역이 생기는데 이것은 의미는 아래와 같다

활성영역 : CE전류가 B의 작은입력에도 크게 변해주는 영역

차단영역 : B의 입력이 너무 낮아서 CE간의 전루가 흐리지 못하는 영역

포화영역 : B에 입력이 너무 높아서 CE간의 전류가 더이상 증가하지 못하는 영역

그리고 위의 3가지 영역을 이용하여 BJT를 2가지의 기능으로 사용할수가 있다.

 1) 증폭 기능 : 활성영역 사용

증폭회로는 3가지 종류가 있으며 3개의 PIN (베이스,이미터,콜렉터)중 어느핀이 접지되어있는가 따라서 나뉘어 진다.

E미터 접지회로 = 전류,전압 증폭 / 입출력은 역상   <--가장 많이 쓰는 형태

C렉터 접지회로 = 전류만 증폭 / 입출력은 동상

B이스 접지회로 = 전압만 증폭 / 입출력은 동상

 2) 스위치 기능 : 차단과 포화영역 사용 

스위치 형태는 콜렉터에 전원을 연결하고 베이스로  ON.OFF를 하는 형태

**주용용어**

-베타 : BJT의 직류 베이스전류에 대한 직류 컬렉터 전류의 비.

-포화 : BJT가 베이스 전류에 무관하고 컬렉터 전류가 최대값일때의 상태

-차단 : 트랜지스터가 도통되지 않음

▶ BJT의 바이어스 회로

앞서 이야기한것처럼 적절한 베이스전류를 흘려주지 않으면 BJT는 차단되거나 포화된다.

따라서 적절한 선형동작으로 BJT를 이끌기 위해서는 직류 동작점을 설정해야 한다. 이를 우리는 Q점이라고 부르며 입력신호는 증폭되어 Q점에서 스위하는 출력신호로 나타난다.

*직류부하선 : 포화점과 차단점을 이은 선. 동작점을 찾는 중심축. AC가 이선을 기준으로 스윙한다. Vcc와 Rc에 의해 결정됨

1. 반도체 이론

반도체물질은 다이오드, TR, IC(Integrated circuit)를 말하며 이를 이해하기 위해서는 먼저 원자의 개념에 대해서 알아야 한다.

원자의 구성은 3가지로 "양자, 전자, 중성자(덩치가 크다)"로 구분할수있으며 원자란 물질의 특성을 유지하는 가장 단위의 물질을 말한다. 사실 돌턴의 원자설에 의하여 원자란 더이상 쪼개지지 않는 물질로 정의하였지만...그건 후에..깨져버렸다..;; 바로..소립자라는 물질로..

[소립자]--------------------

물질을 세분해 가면 분자 → 원자 → 원자핵 → …으로 세분화되고 마지막에 더이상 나눌 수 없는 가장 작은 알갱이에 이르게 되는데 이를 소립자라고 한다. 소립자는 현재까지 발견된 물질을 구성하는 가장 작은 단위의 입자이다. 그리고 이러한 물질의 최소단위를 연구하는 학문을 소립자물리학이라고 한다.

원자의 크기는 1mm의 1만분의 1 정도이며, 원자핵은 1mm의 약 1조분의 1이라고 밝혀져 있다. 소립자인 전자는 원자핵의 약 1만분의 1크기이며 질량은 9.1×10-28g 소립자물리학에서는 소립자의 크기를 0으로 설정한다.

[신호 & 시스템에대한 그냥..개인적인 제 생각과 정리를 한 글들일 뿐입니다. ]

1. 신호란 무엇인가? 

신호라는 것을 일정한 부호,소리,몸짓과 같은 정보를 전달하하거나 지시하는것으로 정의되며, 즉 통신을 하기 위한 수단이다.

신호는 -정의신호  -  결정신호    -| 연속신호 |    -주기신호,비주기신호 / 에너지,전력신호         로 구분할수가 있다. 

                                             -| 이산신호 |   

                         - 불규칙신호 

          -잡음신호

또한, 신호는 주기와 주파에 응답하는 크기값을 가지며 이것을 그래프로 표현하면 신호의 형태(파형)을 알수있다.

그래서 우리는 신호의 파형을 통하여 신호의 특성을 알수있다. 그러나 대부분의 신호는 해석이 쉬운 주기신호가 아닌 비주기신호이기 때문에 이를 해석하기위해서 먼저 주기신호의 정확한 해석이 선행되어져야 한다.

따라서 정확한 해석을 위하여 "표현법"이라는 개념이 도입되었다. 표현법은 시간영역표현과 주파수영역표현으로 나눌수 있으며

이 표현법 안에서 신호는 정현파신호( "하나의 주파수만을 가지는 고정된 아주 간단한 신호")의 합으로 표현된다.

왜냐하면 임의의 주기신호는 여러 정현파함수들의 조합으로 구성되기 때문이다. 

이것을 주파수영역에서 다룬것이 푸리에 해석이며, 주기신호들을 직교관계에 있는 삼각함수의 합으로 나태내는것이 푸리에 급수(시리즈)이다. 그리고 푸리에 변환은 비주기 신호들의 해석을 주파수영역의 무한주기의 개념으로 해석한것이다. 즉, 푸리에 변환은 푸리에 급수의 약점을 보완하기 위해 제안된 적분 변환을 의미한다.

[정리]

푸리에 급수는 주파수영역에서 주기적 아날로그 신호를 다룬다.
푸리에 변환은 주파수영역에서 비주기적 아날로그 신호를 다룬다.
 

이산 푸리에 급수는 주파수영역에서  주기적 이산 신호를 다룬다.

이산 푸리에 변환은 주파수영역에서  비주기적 이산 신호를 다룬다.

★왜 이런생각을 하지않았지?★

통신에서 푸리에 급수를 사용하는 이유는 무엇일까? 바로 신호처리가 쉽기 때문이다.  주기함수 f(t)를 그대로 사용하는 것이 쉬운가 아니면 삼각함수의 무한급수를 사용하는 것이 쉬운가? 언뜻 보면 무한급수가 없는  f(t)를 쓰는 것이 쉬울 것 같지만 우리는 주기함수  f(t)에 대해 아는 것이 없어 이걸 그대로 쓸 수는 없다. 하지만 푸리에 급수로 통칭하는 삼각함수의 무한급수는 계수 Fm만 결정되지 않았고 시간적 변화를 의미하는 삼각함수들은 모두 결정되어 있으므로 주기함수  f(t)의 성질을 푸리에 급수를 이용해 분석할 수 있다. 따라서 시간적으로 변하는  f(t)를 푸리에 계수 Fm만으로 결정할 수 있다. 이 뜻을 제대로 이해하는 것이 통신공부의 시작이다

-by Em turtle님의 블로그-

2. (시간영역) 시스템에서 신호를 해석하는 방법은? 

지금까지 신호에 대해서 설명하였다. 이제 이런 신호들을 원하는 형태의 목적신호로 변환해주는 시스템개념과 함께 설명하겠다. 

시스템이란 하나의 목적을 수행하기 위한 관련요소를 어떤 법칙에 따라 조합한 장치이며

여기에서는 "입력신호를 원하는 형태의 목적신호로 변환해주는 장치"로 알면 된다.

*왜 시스템이라는 개념을 도입했을까??------

: 통신시스템에서 입력신호(메시지 송신)는 어떠한 통신알고리즘에 처리되여 채널(유/무선)을 통과하고 다시 출력신호(메시지 수신)로 나오게 되는데 이를 전체적인 맥락에서 바라보았을 때 "시스템"으로 해석하면 좋기때문이다. 즉, 표현하려고 찾다보니 시스템이 딱 말하기 좋아서 사용했다고 생각하면 된다.------

시스템의 분류는 연결에 따라 직/병렬시스템, 입력귀환에 따라서 재귀/비재귀, 

처리하는 신호의 종류에 따라서 "연속/이산 시스템"으로 나뉘며,  

연속/이산시스템은 다시 선형,비선형/ 시변,시불변 / 인과,비인과/ 안정, 비안정 시스템으로 구분할수가 있다.

입력신호는 시스템에 인가되어 어떤 가공된 신호로 출력되는데 이 과정을 신호처리라고 한다.

그리고 신호처리를 이해하기 위해선 입력되는 신호와 해당 시스템과의 관계가 규정되어야 한다.

일단 어려운것들은 다 집어치우고

우리는 먼저 가장 간단하며 해석이 쉬운 "연속/이산 - 시불변시스템"에 정현파형태의 입력신호를 인가하여 출력신호를 구하는

[컨벌루션적분 및 합] 이라는 시스템 해석을 통해 신호 및 시스템의 개념이해에 접근해야한다.

  1) 첫번째 해석법 : 컨벌루션 적분법 

입력신호가 선형시불변시스템 (이하 L.T.I. : linear Time Invariant System) 에 입력되고 이에 대한 출력신호를 얻기위한 시스템 해석법이다. 이것은 단위임펄스 함수의 체질특성을 이용하여 해석하는 방법으로, 체질특성이란 연속시간신호 X(t)에서 원하는 시간의 신호값을 뽑아 낼수 있다는 의미이다.  (신호값 X(t)는 가중값이 곱해진 단위 임펄스들이 모인 그룹이라는걸 의미하기 때문이다)

 좀더 자세하게 설명하자면, 앞서 신호의 표현을 가장 기본단위한 정현파로 표현한다고 하였다. 동일하게 컨벌루션 적분도 입력신호를 가장 간단한 단위인 임펄스 함수들의 모임으로 표현하여 출력신호를 해석하겠다는 뜻이다. 따라서 h(t) = S{A(t)} 시스템출력은 시스템에 입력값 델타함수(임펄스함수)를 넣은것을 의미하여 이것을 우리는 임펄스 응답이라고 부른다. 그리고 해석을 위해 시스템은 선형시불변시스템으로 제한할것이며 여기에 임펄스함수로 표현된 입력신호를 입력하는것이 컨벌루션 적분이다.

컨벌루션 적분 = 연속시간 입력신호와 LTI시스템의 임펄스 응답과의 적분을 의미한다.

컨벌루션의 의미 : 2개의 함수를 시간 또는 주파수 영역에서 2개 중 1개의 함수를 Y 축 대칭 이동하면서 중첩 적분한 함수.

입력신호를 체질성질을 표현한 형태로 LTI시스템에 입력

중첩의 원리 적용

       시불변성을 만족

따라서 컨벌루션 표기와 함께 적으면 위의 식이 된다.

물론 이것은 시불변시스템의 중첩의 원리와 시불변성 특성을 이용하여 식변환을 하였기에 적분의 형태가 되었다.

★ 알고넘어가자 ★ :* 선형시불변 시스템이란 무엇인가? *

 이것은 선형 + 시불변 시스템의 합친말이다. 따라서 각각의 개념을 먼저 이해해야 한다.

시불변 시스템 : 임의의 연속 시간 입력신호가 다른 여러시간대에 시스템에 입력될지라도 동일한 결과를 출력하는 시스템이다.

선형시스템 : 입력신호의 변화에 따라 출력신호에서도 비례적으로 입력 변화량을 반영하는 시스템이다.

                  중첩의 원리를 만족하는 시스템.

-선형시스템의 2가지 특성 = 우리는 이를 중첩의 원리라고 부른다.

 (1) 가산성 : 두 연속시간신호가 더해져서 시스템에 입력되고 이를 통해 얻어진 출력신호가

                  두 연속시간신호를 분리해서 각각 시스템에 입력하고 얻어진 출력신호를 합친것과 동일하다.

                 즉, 더해서 넣어서 뺀거랑, 뺀거를 더한거랑 같다는 뜻..--;

 (2) 균일성 : 연속시간신호에 임의의 상수 a를 곱합 입력을 시스템에 입력하여 얻어진 출력신호는

                  연속시간신호를 입력하고 출력신호에 상수 a를 곱한것과 같다.

따라서 시스템을 해석하는데 가장 용이한 시스템이 바로 선형시불변(LTI)시스템이기 때문에 우리는 이것을 먼저 배운다.

해석법은 컨벌루션 적분(연속신호의 경우적용) 과 컨벌루션 합(이산신호인 경우에 적용) 이 있다.

★ 알고넘어가자 ★ :* 왜 임펄스함수를 사용하는가? *

모든 신호와 시스템은 각각의 미소구간에 대해 대응하는 임펄스 함수들의 적분형태로 나타낼수 있고 어떤 특정조건에서는 모든 시간에 대하여 각각의 임펄스 입력에 대한 출력이 선형적으로 나타나며 이런 일련의 임펄스들이 입력되면 출력 또한 각각의 임펄스 입력에 대한 출력들의 합으로 나타나게 된다. 따라서 임펄스 입력에 대한 시스템의 응답을 하나만 알아도 시스템에 대한 모든 입력에 대한 출력을 알수있기 때문에 우리는 임펄스 함수를 사용한다.

또한, 이를 해석하는 방법도 시간영역보다는 주파수영역에서 해석할때 더욱 더 쉬우며 많은 정보를 나타낼수가 있다.

4가지 특성 : 면적은 항상'1'로 일정하다 / 우함수의 성질을 가지고있다 / 체질특성을 만족한다 / 표본화성질을 만족한다. 

  2) 두번째 해석법 : 컨벌루션 합

앞서 설명한 컨벌루션 적분이 입력이 연속신호에 대해서 다루었다면 컨벌루션 합은 단지 입력 이산신호에 대해서 다룬것이다. 그리고 출력신호 또한 이산신호를 만족한다.

즉, 주어진 입력신호를 시간영역의 이산 단위 임펄스함수로 표현한 방법이다. 동일하게 선형성을 만족하는 가산성과 균일성을 특성 (중첩의 원라)으로 하며 3가지의 성질을 가지고 있다.

 ① 교환법칙

 ② 결합법칙 : 2개의 LTI이산시스템이 직렬일때만 성립

 ③ 배분법칙 : 2개의 LTI이산시스템이 병렬일때만 성립

이산시불변 시스템은 이산 입력신호가 시스템에 입력되어 얻어지는 출력이 전이 되기전의 입력에 의한 출력과 동일하게 나타나는 시스템이고, 이산 시변시스템은 입력신호가 임의로 전이되어 시스템에 입력되면 원래의 이산입력이 출력과는 다르게 나타나는 시스템이다.

유한 임펄스응답의 선형시불변시스템 = FIR 이라 부른다

유한 임펄스응답의 선형시불변시스템 = IIR 이라 부른다

3. (주파수영역) 시스템에서 신호를 해석하는 방법은? 

  1) 첫번째 해석법 : 푸리에 시리즈(=푸리에급수)  - 연속 주기신호를 다룬다

푸리에 급수는 정현파신호를 이용하여 복합신호가 구체적으로 어떠한 진폭과 어떤 주파수대의 정현파로 구성되어있는 지를 파악하고 해석하는 것을 의미한다. 그런데..왜 하필 주파수영역에서 해석하려고 애쓰는것인가? 그것은 신호파형에 따라서 그것을 시간영역에서 표현하는것은 효율적이 못하기 때문이다. 이는 COS파를 생각해볼때 신호의 파형이 시간에 따라 계속변하기 때문에 시간영역으로 표현하는것이 비효율적이라는 의미이다. 따라서 우리는 주파수는 주기의 역수관계로 주파수를 통하여 우리는 신호의 변화하는 속도를 한눈에 표현할수가 있다.

주파수영역 표현법은 시간영역의 기본 정현파신호를 오일러공식을 적용하여 복소수의 형태로 변환하는 것인데,

오일러공식은 정현파 신호의 주파수를 쉽게 찾아주기 때문이다. 그러나 복소수의 형태로는 각도와 위상을 표현하기에 무리가 있다. 따라서 이를 다시 지수함수의 형태로 즉 복소지수함수의 형태로 바꾸면 모든형태의 정현파를 표현할수가 있게 되는 것이다.

푸리에 급수의 풀이법

1.삼각함수의 형태 : 주기가 2pi인 주기함수를 주파수가 서로 다른 cos,sin함수의 무한급수 형태로 나타내는것.

F(x) = f(x+2pi) 일단 주기P는 2pi 이다.

임의의 주기함수에 대한 푸리에 급수 : f(x)= f(x+p) 일때 변수t에 대해서 주기p가 2pi가 되도록 변수를 변환시켜서 풀면된다.

2.  복소수형 푸리에 급수 : 아래의 공식에 대입하여 구하면 된다. 아래의 식은 임의으 주기형태에 적용하는 공식이다. 결국 주기가 2pi이더라도 아래의 임의의 주기형태만 알면 모든 형태를 풀수가 있기때문에 이것만 알면된다!

  2) 두번째 해석법 : 푸리에 변환  - 연속 비주기신호를 다룬다

연숙주기신호의 주파수 성분은 연속시간 푸리에 급수(시리즈)로 부터 얻었다. 그러나 신호는 주기신호보다는 비주기 신호가 대부분이다. 따라서 우리는 비주기 신호를 더 많이 구해야 한다. 먼저, 비주기 신호란? 주기가가 무한대인 신호이다.

푸리에 변환의 기본 개념은 아래와 같다.

주기 T를 무한대로 증가시키면 기본 주파수는 무한히 작은 크기가 될 것이다. 그 결과 기본주파수의 정수배 간격으로 구성되는 선 스펙트럼 주파수들은 주기가 무한대로 늘어난것과 반대로 기본주파수는 극도로 작아지므로 그 간격이 아주 조밀해져서 결국에는 연속이 된다. 따라서 이 결과를 푸리에 급수의 계수에 반영하면 우리는 푸리에 변환 공식을 얻게 된다.

푸리에 변환 : 비주기 신호 x(t)의 주파수 함수를 구하는 X(f)의 식

푸리에 역변환이란 : 주파수 함수 X(f)로부터 비주기 신호 x(t)를 구하는 것

(연속시간 푸리에 변환의 성질)

-선형성

-대칭성

-주파수 및 시간전이

-시간척도 조절 : 신호의 크기는 유지하면서 신호의 너비를 늘이거나 줄이는 연산을 의미함. 신호파형의 길이를 감소시키는 것을 압축이라고 하며 신호파형의 길이를 증가시키는 것을 확장이라고 표현한다.

*******************이산주기/비주기 신호의 주파수 해석은 동일하게 생략 *******************

 4. 라플라스 변환과 연속시스템? 

라플라스 변환의 기본전제는 LTI시스템에서의 적용이며, 연수시간 푸리에변환을 확장한것이기 때문에 연속시간 푸리에 변환의 정의와 흡사하다. 정의식은 아래와 같다.

  연속시간신호 x(t)가 인과적인 신호라면 적분구간은 0</t</00 와 같이 양의 구간만 존재하게 된다. = 단방향 라플라스변환

  (대부분 단방향으로 출제되며 발생하는 실제신호는 단방향이다)

라플라스변환표.hwp

★ 알고넘어가자 ★ :* 컨벌루션적분과 푸리에급수의 차이점은? *

 컨벌루션 적분은 입력 신호의 가장 작은단위인 정현파신호를 시간영역의 임펄스함수로 표현하여 접근한 방식이고

 푸리에 급수는 정현파신호를 주파수영역으로 변환하여 삼각함수의 합의 형태로 표현한 접근방식이다.

출처 : http://calebpro.tistory.com/343

which 관계대명사적 용법

 which, that, what, ... 과 함께나와서 선택하라고 할 때

정확한 개념이 명확하지 않아 헷갈림

 Which of the applicants has got the job ?

지원자들 중에서 어떤 사람이 그 자리에 취직이 되었나요?

Which of the patients have recovered ? 그 환자들 가운데 어떤 사람들이 회복했나요? 

>> 명사를 수식하는 형용사절을 이끌어 정확히 어떤 것(들)을 말하는지 나타낼 때 씀

이런 용법으로 쓰인 경우에는 which 대신에 that을 쓸 수도 있다. 

그러나 전치사 바로 뒤에는 that을 쓰지 않는다 

It was a crisis that she was totally unprepared for. 

 그것은 그녀가 전혀 대비가 안 된 위기였다.

It was a crisis for which she was totally unprepared. 

Houses which overlook the lake cost more.

호수를 내려다보는 집들은 가격이 더 비싸다. 

>> 무엇에 대한 정보를 추가로 제시할 때 씀

이런 경우에는 which대신에 that을 쓸 수 없다.

His best movie, which won several awards, was about the life of Gandhi.

그의 최고 영화는 몇 개의 상을 수상했는데, 간디의 삶에 대한 것이었다.

Your claim ought to succeed, in which case the damages will be substantial.

당신의 청구가 받아들여져야 하고, 그럴 경우에만 배상액이 상당할 것이다.

[일반]Our troops retook the island which had been captured by the enemy. (출처:두산 동아)

아군은 적군에 점령되었던 섬을 탈환했다

[일반]Ambassadors must be in the confidence of the governments to which they are accredited. (출처:YBM)

대사들은 파견되는 나라 정부의 신임을 받아야 한다.

[일반]Diffusion is a process by which one culture or society borrows from another. (출처:YBM)

확산은 한 문화권이나 사회가 다른 것으로부터 빌려오는 과정이다.

[일반]The chancellor was laden with too many responsibilities, which led to his ill health. (출처:YBM)

총장은 너무 많은 책임을 지고 있어서 건강이 악화되었다.

[일반]It contains mushrooms, which he does not like. (출처:YBM)

그것에는 그가 좋아하지 않는 버섯이 들어있다.

[네이버 사전 숙어]

which is which

어느 게 어느 건지[누가 누군지](구별하기가 힘듦을 나타냄)

The twins are so alike I can't tell which is which.

그 쌍둥이는 너무 비슷해서 난 누가 누군지 구별할 수가 없다.

every which way

사방으로

Her hair tumbled every which way.

그녀의 머리는 사방으로 뻗쳐[제멋대로 헝클어져] 있었다.

that which …

…하는[한] 바의 것

“Which room do you mean?” ─ “That which I spoke to you about on the phone.”

어느 방을 말하시는 거지요? ─ 제가 전화로 이야기한 방 말입니다. ((The one …쪽이 일반적임))

which see

(사전에서) 그 항을 보라

Which see, can you understand it?

그 항을 봐. 이해할 수 있니?

see which way the wind is blowing

(어떤 일을 하기 전에) 상황이 어떻게 될지 짐작을 하다

Says which?

뭐라고?, 어쨌다고?

I can't hear you. Says which?

네 말이 안 들려. 뭐라고?

plus which

그 위에, 더해서; 게다가

Plus which, I had so much fun.

게다가 난 너무 재미있었다.

determine which is right

어느 쪽이 옳은지를 결정하다

not know which end[way] is up

매우 혼란스럽다, (무슨 일이 일어났는지 모를 정도로) 우둔하다

know which side your bread is buttered

어떤 게 자기에게 유리한지 알다

관계대명사 that과 which/who의 사용법

1. 관계대명사 뒤에 나오는 정보가 포함되어야만 문장이 성립될 때(즉, 필수적인 정보일 때)는 that를 쓰고, 그 정보가 없어도 문장이 여전히 성립될 때는 which/who를 쓴다.

이것을 영어로 표현하면 다음과 같습니다.

Use "that" when the information must be included to make the sentence true.

Use "which" if it can be removed and still be true.

다시 말해서, 단순히 추가 정보를 제공할 경우에는 that을 쓰지 않고which/who를 씁니다.

예를 들어, "그녀는 1954년에 구입한 낡은 롤스로이스를 갖고 있다."라는 문장을 영작하면

다음과 같이 which를 써야 합니다. "1954년에 구입한"이라는 부분은 단순한 추가 정보일 뿐

그 부분이 없어도 문장이 성립되기 때문입니다.

She owns an old Rolls Royce which she bought in 1954.

2. 어느 것이나 사람을 의미하는지를 말하고 싶을 때는 which/who 대신 that를 쓸 수 있습니다.

(예문)

This is the man that/who told the police. (이 사람이 바로 경찰에 신고한 남자이다.)

-> that을 써도 되고 who를 써도 됩니다.

3. that이 목적어로 쓰일 때는 생략할 수 있습니다.

She's the woman that I love. (그녀는 내가 사랑하는 여자이다.)

위 문장에서 that를 생략해서 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

She's the woman I love.

출처 : http://iamthat.tistory.com/24 아이엠댓의 세상사는 이야기님의 블로그