전자 회로

전자 회로(電子回路, )는 저항기, 트랜지스터, 축전기, 유도자, 다이오드와 같은 개별 전자 부품들이 전류가 흐를 수 있는 전도성 철사나 도전 경로로 연결된 것이다. 이는 전기 회로의 일종이다. 회로가 단순히 전기적이지 않고 전자 회로라고 불리기 위해서는 일반적으로 적어도 하나의 능동 소자가 존재해야 한다. 부품과 배선의 조합을 통해 다양하고 단순하거나 복잡한 연산을 수행할 수 있다. 신호를 증폭하거나, 계산을 수행하고, 데이터를 한 곳에서 다른 곳으로 이동시킬 수 있다.

회로는 개별 전선으로 연결된 이산 부품들로 구성될 수 있지만, 오늘날에는 적층된 기판(인쇄 회로 기판 또는 PCB) 위에 사진 식각 기술로 상호 연결을 만들고 부품을 이 연결부에 솔더링하여 완성된 회로를 만드는 것이 훨씬 더 일반적이다. 집적 회로(IC)에서는 부품과 상호 연결이 동일한 기판 위에 형성되며, 기판은 대개 도핑된 규소나 (드물게) 비소화 갈륨과 같은 반도체이다.

전자 회로는 보통 아날로그 회로, 디지털 회로 또는 혼성 신호 회로(아날로그 회로와 디지털 회로의 결합)로 분류할 수 있다. 전자 회로에서 가장 널리 사용되는 반도체 소자는 MOSFET(금속 산화물 반도체 장효과 트랜지스터)이다.

 아날로그 회로 

섬네일|아날로그 회로를 나타내는 회로도. 여기서는 간단한 증폭기를 보여준다.
아날로그 전자 회로는 표현되는 정보에 대응하여 전류나 전압이 시간에 따라 연속적으로 변할 수 있는 회로이다.

아날로그 회로의 기본 부품은 전선, 저항기, 축전기, 유도자, 다이오드, 트랜지스터이다. 아날로그 회로는 대개 회로도로 표현되는데, 여기에서 전선은 선으로 표시되고 각 부품은 고유한 기호를 가진다. 아날로그 회로 분석에는 키르히호프의 전기회로 법칙이 적용된다. 즉, 노드(전선이 만나는 지점)에서의 모든 전류의 합과 닫힌 루프를 따르는 전압의 합은 0이다. 전선은 보통 전압 강하가 없는 이상적인 연결로 취급되며, 저항이나 리액턴스는 별도의 저항기나 유도자와 같은 기생 요소를 명시적으로 추가하여 처리한다. 트랜지스터와 같은 능동 소자는 종종 제어되는 전류원이나 전압원으로 취급된다. 예를 들어, 장효과 트랜지스터는 게이트-소스 전압에 의해 제어되는 소스에서 드레인으로의 전류원으로 모델링될 수 있다.

회로의 크기가 관련 신호 주파수의 파장과 비슷해지면, 더 정교한 접근 방식인 분포 정수 모델을 사용해야 한다. 전선은 명목상 일정한 특성 임피던스를 가진 전송선으로 취급되며, 시작과 끝부분의 임피던스에 의해 선로 위의 투과파와 반사파가 결정된다. 이 방식에 따라 설계된 회로가 분포 정수 회로이다. 이러한 고려 사항은 일반적으로 1GHz 이상의 주파수에서 작동하는 회로 기판에서 중요해진다. 집적 회로는 크기가 더 작으므로 약 10GHz 미만의 주파수까지는 집중 정수 소자로 취급될 수 있다.

 디지털 회로 

디지털 전자 회로에서 전기 신호는 논리적 및 수치적 값을 나타내기 위해 이산적인 값을 취한다. 이 값들은 처리되는 정보를 나타낸다. 대다수의 경우 이진 인코딩이 사용된다. 즉, 하나의 전압(보통 더 높은 양의 값)은 이진 '1'을 나타내고, 다른 전압(보통 접지 전위인 0V에 가까운 값)은 이진 '0'을 나타낸다. 디지털 회로는 트랜지스터를 광범위하게 사용하여 불 논리의 기능을 제공하는 논리 회로를 구성한다. 여기에는 AND, NAND, OR, NOR, XOR 및 이들의 조합이 포함된다. 양의 피드백을 제공하도록 상호 연결된 트랜지스터는 래치나 플립플롭으로 사용된다. 이들은 두 개 이상의 준안정 상태를 가지며 외부 입력에 의해 변경될 때까지 그 상태 중 하나를 유지하는 회로이다. 따라서 디지털 회로는 논리와 메모리를 제공하여 임의의 계산 기능을 수행할 수 있게 한다. (플립플롭 기반의 메모리는 정적 램(SRAM)으로 알려져 있으며, 축전기의 전하 저장을 기반으로 하는 메모리인 동적 램(DRAM)도 널리 사용된다.)

디지털 회로의 설계 과정은 아날로그 회로의 설계 과정과 근본적으로 다르다. 각 논리 게이트는 이진 신호를 재생성하므로, 설계자는 아날로그 설계에서 직면하는 왜곡, 이득 제어, 오프셋 전압 및 기타 문제들을 고려할 필요가 없다. 그 결과, 수십억 개의 논리 소자가 단일 실리콘 칩에 통합된 극도로 복잡한 디지털 회로를 저렴한 비용으로 제작할 수 있다. 이러한 디지털 집적 회로는 계산기, 휴대전화, 컴퓨터와 같은 현대 전자 기기에 어디에나 존재한다. 디지털 회로가 복잡해짐에 따라 시간 지연, 논리 경쟁, 전력 소모, 비이상적 스위칭, 칩 내부 및 칩 간 부하, 누설 전류 등이 회로의 밀도, 속도 및 성능에 제약을 주게 된다.

디지털 회로는 마이크로프로세서와 같은 범용 컴퓨팅 칩과 ASIC(주문형 집적 회로)로 알려진 맞춤형 설계 논리 회로를 만드는 데 사용된다. 제작 후 구성을 수정할 수 있는 논리 회로 칩인 FPGA(필드 프로그래머블 게이트 어레이)도 프로토타이핑 및 개발에 널리 사용된다.

 혼성 신호 회로 

혼성 신호 또는 하이브리드 회로는 아날로그와 디지털 회로의 요소를 모두 포함한다. 예로는 비교기, 타이머, 위상동기회로, 아날로그-디지털 변환회로, 디지털-아날로그 변환회로 등이 있다. 대부분의 현대 무선 및 통신 회로는 혼성 신호 회로를 사용한다. 예를 들어, 수신기에서 아날로그 회로는 신호를 증폭하고 주파수를 변환하여 디지털 값으로 변환하기 적절한 상태로 만들고, 그 이후에는 디지털 영역에서 추가적인 신호 처리가 수행될 수 있도록 한다.

 설계 

 프로토타이핑 

 같이 보기 
 전기 회로, 회로 이론
 자기 회로
 전자공학, 반도체공학, 전기공학
 제어공학, 전기계측 공학
 전자공학 용어 목록
 선형 회로
 논리 회로

 노이즈
 저항의 양자 노이즈
 저항의 열 노이즈
 화이트 노이즈
 칼라 노이즈

 각주 

 외부 링크 



분류:전자공학