제너 다이오드: 흔들리는 입력에서 고른 출력
입력을 올려도 출력이 멈추는 지점을 찾아라
가로축은 입력 전압, 세로축은 출력 전압이다. 입력을 올리면 처음에는 출력이 그대로 따라 오른다. 그러나 어느 전압을 지나면 제너가 항복해 출력이 평평해진다.
역방향 항복, 일부러 거꾸로
B1에서 역방향 다이오드는 거의 흐르지 않았다. 하지만 역방향 전압을 충분히 높이면 어느 지점에서 갑자기 큰 전류가 흐르기 시작한다. 보통 다이오드라면 망가질 수 있지만, 제너 다이오드는 바로 그 항복 영역에서 안전하게 동작하도록 만들어진다. 일부러 거꾸로 쓰는 다이오드인 셈이다.
왜 전압이 고정되는가
항복 영역의 역방향 곡선은 거의 수직이다. 전류가 작든 크든, 양단 전압은 항복 전압 Vz 부근에서 거의 변하지 않는다. 다시 말해 제너는 흐르는 전류와 무관하게 일정한 전압을 내놓는 전압원처럼 보인다. 곡선의 기울기가 만드는 아주 작은 동저항 rz만이 남은 미세한 변동을 결정한다.
정전압 회로, 션트 레귤레이터
입력과 부하 사이에 직렬 저항 하나를 넣고, 부하와 나란히 제너를 건다. 직렬 저항이 입력과 Vz의 차이를 떠안아 그 차이만큼 전압을 떨군다. 입력이 흔들리거나 부하가 변해도 제너가 받는 전류를 스스로 늘리고 줄여 출력을 Vz로 붙들어 둔다. 이것이 가장 단순한 정전압 회로이며, 기준 전압을 만드는 곳마다 쓰인다.
첫 화면으로 돌아가서
입력이 낮을 때는 출력이 대각선을 따라 그대로 올라갔다. 그러나 항복 전압을 지나는 순간 곡선이 꺾여 평평해졌고, 그 뒤로는 입력을 아무리 올려도 출력이 Vz에 머물렀다. 그 평평한 선이 바로 정전압이다. 거의 수직인 항복 곡선 덕분에 전류가 크게 변해도 전압은 거의 그대로이고, 직렬 저항이 입력의 변동을 떠안아 부하에는 고른 Vz만 전한다. B1의 역방향 영역이 이렇게 가장 단순한 전압 기준의 도구가 된다.
이어지는 흐름
지금까지는 다이오드 한 개의 쓰임을 보았다. 다음 유닛에서는 다이오드 네 개를 다리처럼 엮어, 교류의 음의 반주기마저 뒤집어 양으로 만드는 전파 정류를 본다. 그리고 커패시터로 그 울퉁불퉁한 맥동을 매끈한 직류로 평활한다. B1의 정류와 B3의 안정을 합치면 전원의 앞단이 완성된다.