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Edward's Labs

데이터시트 읽는 방법 본문

Embedded 기술/전기전자 기초

데이터시트 읽는 방법

Eddy 2016.04.12 17:14

안녕하세요..


꼼꼼히 읽어보시면 아주 도움이 되는 데이터시트 읽는 방법입니다.


앞으로 데이터시트 볼 일이 많아진다. 자주 보다보면 나름대로 읽는 법을 터득하게 되는 법이니깐, 이번에 한번 살펴보다가 눈에 잘 안들어온다고 너무 실망하거나 답답해 하지는 말기 바란다.


데이터시트가 뭔데?

데이터시트란, 한마디로 하자면, 각 전자부품의 사용설명서다. 회로설계할 때에 고려해야 할 것들이 들어있는 설명서. 전자 제품을 사면 함께 들어있는 설명서처럼 데이터시트도 제조사에 따라 그 형식과 내용이 조금씩 다르다. 어떤 회사들의 데이터시트는 화가 날 정도로 부실한 경우도 있는데, 데이터시트를 제공하는 수준을 보면 제조사의 (기술? 아니면 서비스?) 수준을 알아차릴 수 있다.

데이터시트는 원래 제조사에서 책으로 묶어서 발행하고, 거래처에 배부(또는 판매)해서 사용자들이 참고할 수 있도록 하던거다. 몇 년 전만 해도 전자회로 초보 설계자들은 데이터시트를 구하는 것부터가 쉽지 않은 문제였다. 

하지만 인터넷이 발달하면서, 요즘은 제조사의 홈페이지에서 전자문서 형태로 제공하는 데이터시트를 쉽게 구할 수 있다. 주로 Acorobat Reader 라는 공개소프트웨어(심파일 등의 자료실에서 다운로드해서 무료로 쓸 수 있다.)로 읽을 수 있는 "1n4148.pdf"와 같이 끝이 .PDF 로 끝나는 전자문서 파일로 제공하고 있다. 


데이터시트 구하기

1> 파는 곳에 가서 복사한다?

인터넷 접속이 여의치 않다면, 원하는 소자를 파는 곳에 가서 "데이터시트 보여달라!" 하는 방법이 있다. 보여주면 "잠시 복사하고 오겠다"고 하고 복사한다. 파는 데라면 용산 지하상가나 종로 세운상가 등에 있는 전자부품상이 되겠다. 필자도 인터넷 시설이 별로 좋지 않을 때 많이 썼던 방법이다. 

2> 인터넷 전자부품 검색 사이트를 활용한다. 

실제로 회로설계(개발)자들은 각 제조사의 전자부품을 종류별로 묶어서 검색하기 쉽게 만든 소자검색 포털사이트를 많이 이용한다. 인터넷으로 같이 한번 찾아보자. 우리가 오늘 살펴볼 데이터시트는 1N4148 다이오드의 것이다. 

본 사이트의 왼쪽 메뉴의 맨 아래에 링크된 데이터시트 검색사이트를 클릭하고, 검색창에  부품번호 또는 명칭 등을 넣으면 금방 찾아준다. 한번 직접 해보기 바란다.(2005/9/16수정)

* 아래 옅은 글씨로 된 내용은 현재(2005년)은 적용되지 않는 내용이니 그냥 넘어가세요*

먼저 본 사이트의 왼쪽 링크 아래에 "칩센터/퀘스트링크"를 클릭한다. 그럼 검색사이트 메인화면이 뜬다. 화면 중간 아랫쪽에 "Quick Search:" 라고 써있는 곳에 보면, "Part Number" 가 선택되어 있고 그 옆에 빈 입력창이 하나 있을거다. 여기에 "1N4148"을 써넣고 "Go"를 클릭한다.

잠시후에, 화면에 검색결과를 보여준다. 지금 해보니깐 21개가 나오네..제조사별로 정리가 되어 있다. Fairchild 라는 (유명) 회사 것을 골라보자. "View Data Sheet & Product Brief"라고 써있는 곳을 클릭하면, 아래와 같은 화며이 나타난다.

      1N4148
      A product of Fairchild Semiconductor
      Data Sheet from Fairchild Semiconductor server   (40KB PDF) 

      Features
            NULL 

      Description
      Sourced from Process D3. 
      Information provided by Fairchild Semiconductor. 

회원이면 여기서 바로 데이터시트를 다운로드 받을 수 있다. (40KB PDF) 라고 적힌 앞에 아이콘을 클릭하면 된다. 물론, 가끔 안되는 것도 있지만. 지금 우리가 구하려는 데이터시트도 다운로드가 안되네...링크에 문제가 있나보다.

제조사는 선택했으니, 제조사 홈페이지로 가보자. 맨 아랫줄에 "Fairchild Semiconductor"를 클릭하면 제조사에 대한 설명이 나오고, 옆에 작은 글씨로 현주소와 홈페이지 주소가 나온다. 홈페이지 주소를 클릭하면 해당 홈페이지로 이동한다. (실은 아무 검색창에서 회사이름을 때리면 찾을 수 있다.)

여기서부터는 각 제조사에서 제공하는 홈페이지의 안내에 따라야 한다. 보통 데이터시트라고 써놓은 메뉴가 있다. 없다면 첫화면에 검색창이 뜨는데, 여기에다 모델번호를 넣고 검색하는 방법이 가장 쉬운 방법이다. 

여하튼, 어느 회사의 어떤 제품이 나오고 있는지를 알면 그 다음은 각 제조회사 홈페이지로 가서 직접 찾아보는 것이 정석이라 하겠다. 제조사별로 데이터시트 검색을 할 수 있는 사이트도 있다. 왼쪽 링크사이트 중에 "데이터시트 로케이터"라는 곳에 가면 회사명이 주욱 나온다. 여기서  Fairchild를 클릭해서 검색해도 되겠다. 


1N4148의 데이터시트를 다운로드 했으면, 이제 데이터시트를 한 부 인쇄해서 옆에 놓고 같이 살펴보자.

<주의> pdf형식의 문서를 읽으려면 Acrobat Reader 라는 프로그램이 필요하다. 아직 이 프로그램이 없는 사람은 요기를 클릭해서 최신판으로 하나 다운로드해서 설치해야 한다. 설치가 끝나면 읽으려는 데이터시트 파일을 두 번 클릭하면 문서가 화면에 뜬다.


데이터시트 살펴보기

큰 맘 먹고 데이터시트를 한 번 살펴보려니깐, 
윽...영어로 씌어있다... ㅠ.ㅠ  

그렇다. 내가 본 데이터시트는 100% 영어로 씌어있다. 영어에 자신없는 사람들은 힘들겠지만 우선은 천천히 사전 찾아가면서 볼 수 밖에 없다. 주로 쓰는 용어에 익숙해지면, 중요한 특성이 정리된 표는 한 눈에 알아볼 수 있다. 중요한 부분만 한 번씩 훓어보기로 하자.

1> 모델번호/이름(핵심용도) 및 소자모양

사용자 삽입 이미지



맨 앞에 큰 글씨로 우리가 찾는 소자의 모델번호가 적혀있다. 근데...우리가 찾은 것은 1N4148인데 데이터시트는 "1N/FDLL 914/A/B 916/A/B 4148 / 4448" 이렇게 적혀있다. 물론, 눈치빠른 사람은 알겠지만, 데이터시트는 하나의 소자에 대해서만 달랑 적어놓은 것들도 많지만, 이것처럼 하나의 데이터시트에 여러개를 동시에 담아놓은 것도 많다. 특히 다른 특성은 비슷한데 한 두 가지 차이가 있는 소자들은 함께 비교해서 볼 수 있도록 같이 싣는 경우가 많다.

이경우는, 1N914, 1N914A, 1N914B, FDLL914, FDLL914A, FDLL914B / 1N916, 1N916A, 1N916B, FDLL916, FDLL916A, FDLL916B / 1N4148, FDLL4147 / 1N4448, FDLL4448 이라는 소자들은 모두 이 데이터시트를 보라는 것이다.

결국 종류별로 나누어보면, 1N... 형과 FDLL...형 두가지가 있다는 말이렸다. 근데, 그림을 보면 리드선이 붙어있는 보통 다이오드 모양과 양쪽 끝에 리드선이 없고 매끈한 전극으로만 되어있는 것이 있다. 이중에 리드선이 없는 모양의 소자에 FDLL이라는 이름을 (이 회사에서) 붙인거다. 

그러니깐, 결국 1N914/1N916/1N4148/1N4448 이라는 네개의 다이오드를 기본으로 해서 부분적인 특성을 개량한 것들에 대해서 뒤에 A나 B같은 영문을 붙여서 1N914A 와 같이 쓰는 것이고, 형태가 다른 것은 1N 대신에 FDLL이라는 것을 쓴다는 것을 알 수 있다.

우리의 관심사는 "1N4148"이고, 이 데이터시트에 우리가 원하는 것이 들어있다는 것을 확인할 수 있으면 된다. 

"Small Signal Diode"(소신호용 다이오드) 라고 적은 것은 제작사에서 붙인 애칭같은 것이다. 애칭이 뭐라고 붙었건, 설계자는 표에 드러난 특성을 제대로 보고 선택해야 하겠다. 조금뒤에 이 소자의 특성을 살펴보면서 이 소자에 왜 그런 이름을 붙였는지 알아보자.


2> 최대 정격 Absolute Maximum Rating

사용자 삽입 이미지



소자를 선택할 때 가장 먼저 확인해야 하는 것이 바로 최대 정격이다. 이 소자가 감당할 수 있는 전압, 전류 범위와 버틸 수 있는 소자온도(반도체는 전류가 흐를 때 열이 많이 나는 편이라 늘 문제가 된다.)범위 뭐 이런 것들이 나온다. 

다이오드가 원래 순방향전류는 흘려보내고 역방향 전류는 차단하는 것이 기본동작이니깐, 순방향으로 전압 얼마까지 전류 얼마까지 흘려보낼 수 있고, 역방향으로 전압 얼마까지 버텨주는가 하는 것이 가장 중요하겠다.

maximum (최대) repetitive(반복) reverse(역방향) voltage(전압) 
VRRM = 100 V  : 역방향으로 100 V 넘는 전압이 반복적으로 걸리는 경우 제대로 된 동작 보장 못함.

average (평균) rectified(정류) forward(순방향) current(전류)
IF(AV) = 200 mA : 순방향 정류 전류가 평균 200 mA 넘으면 제대로 된 동작을 보장 못함.

Non-repetitive(단일한) forward(순방향) surge(불쑥 유입되는 큰) crrent(전류) 
IFSM = 1 A (pusle width =1 Sec)/ 4 A(pulse width=1 microSec)  : 그러니깐...단일한 순방향 펄스 전류에 대해서 1초 짜리는 1A / 1마이크로초(10-6 초=0.000001초)짜리는 4A 넘으면 제대로 된 동작을 보장 못함.

storage(저장) temperature(온도) range(범위)
Tstg = -65℃ ... +200℃  : 저장/이동 과정에서 -65℃에서 +200℃ 넘으면 제대로 된 동작을 보장할 수 없음.

operting(작동) junction(접합) temperature (온도)
TJ = 175℃  : 회로에 연결해서 사용중일 때 전류가 많이 흘러 내부저항 때문에 발생하는 열이나 주변온도의 영향 때문에, 다이오드 내부의 PN접합부의 온도가 175℃ 이상이 되면 제대로 된 동작을 보장 못한다...

제대로 된 동작을 보장 못한다 함은 쓰지 말라는 뜻이다. 그러니깐 다이오드를 고를 때, 어떤 회로에 쓸 것인가를 파악하고 있어야 한다. 정격 값만 볼 때, 이 다이오드는 전열기의 전원회로같은데 쓰기에는 정격전류의 값이 한참 낮다는 것을 알 수 있다. 평균적으로 200 mA가 최대정격이니깐. 그래서, 이 회사에서는 '소전류신호용'이라는 이름을 붙였고, 저 위에서 "small signal diode" 라는 이름을 발견할 수 있었던 것이다.

보통 최대정격의 반값이나 3분의 1 값 이하에서 회로가 작동하도록 하는 것이 일반적이다. 다시 말하자면, 회로에서 발생가능한 전압이 최고 100 V 이면 정격은 200 V에서 300 V사이의 것을 고른다는 말이다.


3> 열특성 Thermal Characteristics

사용자 삽입 이미지



앞에서도 살짝 언급했지만, 반도체들은 모두 열특성을 표시하고 있다. 그 이유는 반도체들은 회로작동시 열이 발생하고 그 열이 너무 많이 나면 못쓰게 되기 때문이다. 위의 최대정격에서는 한계온도를 표시하고 있는데, 그렇다면 어떤 상태에서 열이 얼마나 나게 되는지를 알 필요가 있겠다.

power(전력) dissipation(소모),  (최대) 소비전력
PD=500 mW : 반도체라면 "파워디시페이션" 항목을 꼭 봐야한다. 이것은 그냥 아무 회로에서나 항상 이 정도를 소모한다는 것이 아니라, 일종의 '정격'같은 거다. 500 mW 까지 소모할 수 있다는 거다. 그러니깐 회로를 구성할 때, 그 이하의 상태를 유지하도록 해야한다.

thermal resistance junction to ambient 
RθJA = 100℃/300mW : 소비전력 300 mW 소비할 때 다이오드의 내부(접합부) 온도는 100℃가 올라간다는 뜻이다. 

위의 두가지를 조합해보면, 500 mW 까지 소비할 수 있으니깐 500 mW * 100℃/300mW = 최대 167℃ 까지 온도가 올라갈 수 있다는 말이된다. 여기에, 기본실내온도(보통 18℃)를 더하면 정격에서 제시한 175℃ 까지 버틸 수 있다는 말이 된다. 즉, 최대 정격에서 제시한 온도와 같아진다.

결국, 그 말이 그 말이다. 근데, 회로구성에서는 전류, 전압 값을 알 수 있으니깐 "전력=전류*전압" 으로 쉽게 구할 수 있기 때문에 "파워디시페이션" 값을 기준으로 하면 편리할 때가 많다. 

예를 들어, 어떤 회로에서 이 다이오드로 전류가 200 mA까지 흐를 수 있다고 하고, 그 때의 양단전압이 0.8 V가 된다고 하면, 최대 소비전력은 160 mW가 된다. 따라서, 500 mW 까지 버틸 수 있는 이 다이오드를 써도 열때문에 문제가 생기는 일은 거의 없게 된다. (500mW의 반은 250 mW이고, 회로에서의 최대값이 반보다 작은 값이 되므로 일단 열특성은 통과!)


4> 전기적 특성 Electrical Characteristics

사용자 삽입 이미지



이제 전기적 특성을 살펴보자. 앞부분까지는 사용의 범위를 정해주는 것이었고, 이 부분이 실제로 이 다이오드가 어떤 동작을 하게 되는가 하는 데 대한 본론이다. 지난 두 강좌의 다이오드 특성에 대한 이야기를 미리 보고나서 이 부분을 참고하면 이해하기 좋을 것이다.

break down voltage 항복전압

VR : 지난 강좌에서 항복전압에 대한 이야기는 어느 정도 했다. 역방향 전류를 차단하는 데도 한계가 있다고. 그 한계치를 말하는 것이다. 

제너다이오드에서는 이 전압을 이용하기 때문에 별도로 VZ라는 이름을 사용하지만. 이 항복전압도 언제나 고정되어 있는 것은 아니고, 다이오드에 흐르게 되는 전류에 따라 항복전압도 달라지기 때문에 대표적인 두 가지 경우에 대해서만 표에 그려두어 경향을 알도록 해놓았다. 전류값이 떨어지면 항복전압도 낮아진다는 것만 알 수 있도록. 더 세밀하게 알고 싶으면 그 아래 그래프를 참고해야 한다. 하지만, 여기서는 그래프 보는 것은 생략한다.

forward voltage 순방향 전압(강하)

VF : 순방향 전압강하 값이야 말로, 그 다이오드의 특성을 대표하는 값이라고 할 수 있다. 1N914(A/B)나 1N4148(A/B) 등 이름이 다른 것들은, 다른 특성은 같지만 이 값이 다르기 때문에 이름을 다르게 했다는 것을 이표를 보고 알 수 있다. 우리는 1N4148에 해당하는 것만 읽어야 한다. 순방향 전류가 10 mA일 때 1V의 전압강하가 있음을 알 수 있다.

On/Off 스위치로서만 사용하는 경우에는 입력과 출력신호의 전압변동이 작도록, 전압강하가 낮은 것을 선택해야 하겠지만, 잡음차단이나 여타 용도의 경우에는 원하는 값의 다이오드를 선택해야 할 것이다. 그리고 가격도 고려해야 하고.

reverse current 역방향 (누설)전류 / tatal capacitance 총 커패시턴스 / reverse recovery time 역방향 회복 시간

이런 것들은, 1년차들에겐 아직 그리 중요한 내용은 아니다. 하지만, 고주파회로나 정밀계측회로와 같이 특수한 기능을 하거나 정밀한 작동을 요구하는 경우에는 반드시 확인해야 하는 특성들이다. 간단하게만 이야기하자.

역방향 전류는 역전압이 걸렸을 때 미세하게 흐르는 누설전류를 말하는 것이고, 커패시턴스 역시 역방향 전압이 걸렸을 때 (전류는 거의 흐르지 않지만) 작은 콘덴서와 같은 역할을 하게 되기 때문에 그 값을 말하는 것이며, 회복시간이란 On 상태에서 Off상태가 될 때 순간적으로 역전류가 흐르게 되는데 이것이 사라질 때 까지의 (짧은) 시간을 말한다. 


표에서 찾을 수 없는 값은? 데이터시트에 없는 특성은?

표에는 대표적인 한 두 경우에 대해서만 실어놓는다. 따라서, 그 사이값에 대한 정보는 그래프를 보아야 한다. 자기가 원하는 그래프인지는 X축과 Y축에 무엇이 나와 있는지를 보고 알 수 있어야겠지. 정 불안하면, 표에 나와있는 값 근처로 회로를 구성하는 것도 한 방법이겠지만, 나중에는 결국 그래프를 볼 수 있어야 할 것이다. 하지만, 일반적인 용도로 사용하면서 그래프까지 봐야만 해결되는 문제는 그리 많지는 않을 것이다.

표에 없는 것은 그래프로 본다지만, 데이터시트에 아예 없는 특성들이 필요할 때는 어떻게 할까? 예를들면, 인덕턴스 값이나...^^ 이런 경우는 제작사에 문의를 하거나, 직접 측정해보는 방법 등이 있겠다. 

하지만, 용도로 볼 때 어지간한 내용은 거의 데이터시트에 나와있다고 할 수 있다.(물론, 좋은 회사에서 발간된 데이터시트에 나와있다는 말이지요...뭐 부실한 데이터시트도 꽤 있거든요.)


데이터시트, 어디까지 믿을 수 있나?

일단은 무조건 믿어야 한다. 하지만, 이 말이 오타나 다른 잘못이 없을것이라는 뜻은 아니다. 일단은 그것을 믿고 소자선택에 참고하라는 뜻이다. 하지만, 회로를 구성해놓고 나서 아무리 봐도 다른 것이 문제가 없다면, 마지막으로 데이터시트가 잘못되어 있을지도 모른다는 의심을 할 수 있다. 

실제로 필자는 지금까지 결정적인 문제가 발견된 데이터시트를 두 개 발견한 적이 있다. 물론 회로설계 후에 시험을 하면서 문제가 발견되었고, 아무리 해도 그 이유를 발견하기 힘들었다...

이런 경우처럼, 회로 설계에 도저히 틀린 것이 발견되지 않지만 해결이 되지 않을 때, 그 때 의심하는 것이 순서다. 일단은 100% 믿어야 한다. 그것이 데이터시트를 임하는 실무1년차의 자세다.


원본 첨부 - http://elec.slowgoing.org/

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