2N700X 젤리빈 제품군에는 2N7000(TO-92 스루홀)과 2N7002(SOT23 표면 장착)도 포함됩니다. 이 두 가지 부품은 인기가 많고, 오랜 시간 사람들에게 검증되었으며, 저렴하고, 제조업체 선택의 폭이 넓어 젤리빈 부품으로서 여겨집니다. 이 부품들은 수십 년 동안 사용되어 왔고 앞으로도 계속 사용될 가능성이 높습니다.
2N7000은 오랜 역사를 가진 부품으로, 규격서를 정확하게 읽었다면, 그 기원은 50년 전 실리콘닉스(Siliconix, 현재 Vishay)까지 거슬러 올라갑니다. 이 제품은 "5V 입력과 100mA 출력으로 로직 회로와 부하를 연결(logic-to-load)하는 디자인"을 가진 MOSPOWER FETlington으로 소개되었습니다. "FETlington"이라는 용어는 FET와 다링턴(Darlington)을 결합한 재미있는 말장난입니다. 이는 당시 다링턴 트랜지스터에 익숙하지만 새로운 MOSFET 기술의 장점은 익숙하지 않았던 설계자들의 이해를 도울 수 있었습니다. 참고로, 트랜지스터 자체는 겨우 30년 된 기술이었고, 당시에는 지역 약국에서 진공관을 테스트할 수도 있었습니다.
50년 전에는 큰 사건으로, Zilog Z80과 General Instruments의 PIC1650과 같은 초기 마이크로컨트롤러의 출시 몇 년 만에 등장한 것입니다. 이를 통해 5V DC 소자가 직접 부하를 제어할 수 있었습니다. Vishay의 2N7002K-T1-GE3와 같은 최신 부품이 직계 후손입니다.
그림1: 예전 Siliconix (Vishay) 데이터시트에서는 2N7000을 MOSPOWER FETlington으로 설명하였습니다.
기술 조언: 젤리빈 부품은 물류의 역설을 보여줍니다. 마치 모래사장에서 바늘을 찾는 것이 아니라, 오히려 바늘을 찾을 수 있도록 만들어지고 최적화된 디지키의 검색 시스템을 사용하여 모래사장 자체를 찾는 것입니다. 이 게시글 하단에서 이를 극복하기 위한 몇 가지의 기술을 소개하겠습니다. 해당 내용을 바로 찾아보고 싶다면, “2N700 MOSFET”을 사용하여 검색하십시오.
2N700X 특성
2N700X 계열의 부품은 일반적으로 다음과 같은 특성들로 설명됩니다. 제조업체와 파생품들을 포함하기 위해 보수적인 측면을 고려하였음을 알려드립니다. 전체 사양은 개별 규격서를 참조해 주시기 바랍니다.
- N채널 MOSFET
- 로직 레벨 드라이브(아래 주의사항 참조)
- 게이트-소스 클램프 다이오드로 ESD 보호
- VDS (max) = 50 VDC
- ID는, 2N7000의 경우 약 300mA(연속), 2N7002의 경우 약 200mA(연속)
- RDS(on)는 2~5Ω 범위(드라이브 전압에 의존적)
- PD는, 2N7000의 경우 약 350mW(연속), 2N7002의 경우 약 150mW(연속)
기술 조언: 보수적인 설계는 젤리빈 개념의 필연적인 결과입니다. 어떤 젤리빈 부품이라도 충분하다고 가정한다면, 우리는 가능한 모든 범위의 옵션을 수용할 수 있도록 보수적으로 설계해야 합니다.
2N700X 응용
MOSPOWER FETlington이라는 장난스러운 이름이 암시하듯이, 2N700X 계열은 작은 부하를 스위칭하는 데 자주 사용됩니다. 오늘날, 우리는 2N700X 계열의 제품군을 로직 레벨 MOSFET으로 분류합니다. 이들은 게이트를 마이크로컨트롤러로 직접 구동할 수 있어 총 부품 수를 최소화할 수 있기 때문에 매력적입니다.
2N7000의 성능을 더 잘 이해하기 위해, 24VDC 부하를 가정해 보겠습니다. 보수적으로 150mA의 부하를 구동하는 경우, 2N7000 MOSFET이 3.6W의 부하를 제어할 수 있다는 것을 계산할 수 있습니다. 이러한 수준의 전력 처리 능력은 릴레이 드라이버와 같은 응용 분야에서 유용합니다.
또한 2N700X가 레벨 시프팅 응용 회로에도 사용되는 것을 볼 수 있습니다. 그림 2의 오픈 드레인 예제는 그 가능성을 보여줍니다. 예를 들어, 5VDC의 전구 전압을 적절한 안전 마진을 확보하면서 3.3VDC~50VDC 사이의 전압으로 쉽게 변경할 수 있습니다.
그림2: 오픈 드레인 소자를 사용해 배선한 NOR 회로도
MOSFET의 주의사항
게이트 드라이브 전압 부족은 아마도 가장 큰 설계 실수 중 하나일 것입니다. 이는 특히 3.3VDC 시스템에서 MOSFET을 구동할 때 더욱 그렇습니다. 상황을 더 잘 이해하기 위해, Vishay 2N7002K-T1-GE3의 VDS와 ID 관계를 보여주는 그림 3을 살펴보겠습니다.
예를 들어, 2N7002가 아래의 그림 3과 같이 200mA 부하(빨간색 선)를 구동한다고 가정해 보겠습니다. 3.3VDC를 사용할 경우 즉각적인 문제가 발생합니다. MOSFET을 켜기 위한 게이트 전압이 충분하지 않기 때문입니다. 이 상태에서는 MOSFET이 스위치처럼 작동하는 대신, 유사 정전류(quasi-constant-current) 상태가 되어 과도한 전력 소모가 발생하게 됩니다. 그 결과 MOSFET은 팝콘 튀기는 소리와 함께 폭발할 것입니다.
해결 방법은 5VDC 전원을 사용하는 것입니다. 이에 따른 회로의 동작 점은 그림 3에서 초록색 점으로 표시되어 있습니다. 0.5V의 VDS 전압과 200mA의 드레인 전류로 전력 소모는 100mW로 계산되며, 이는 SOT-23 패키지의 허용 범위 내에 있습니다.
MOSFET을 고주파 응용 분야에 사용할 경우, 게이트 전류가 부족한 문제가 발생할 수도 있습니다. 게이트 전류와 드라이브 전압에 대한 추가 정보는 이 게시글을 참조해 보시기 바랍니다.
그림3: VDS와 ID의 관계를 VGS의 함수로서 보여주는 Vishay 2N7002K-T1-GE3의 출력 특성.
디지키 시스템에서 2N700X를 찾는 방법은?
2N7000 또는 2N7002를 디지키 검색창에 입력하면, 여러분의 요구 사항을 충족할 수도 있는 몇 개의 정확히 일치하는 항목들이 나타날 것입니다. 그러나 이러한 검색어는 너무 특정 제품을 검색하기 때문에 젤리빈 부품의 본질을 포착하기 어렵습니다. 대신, 우리는 관련 부품 모두를 찾을 수 있는 보다 일반적인 검색이 필요합니다.
디지키에서 특정 검색을 일반 검색으로 확장하기
디지키에서 특정 검색을 일반 검색으로 확장하는 방법은 두 가지가 있습니다.
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부분 문자열 활용(Hacking Substrings): 디지키 검색 도구는 결합 검색을 처리할 수 있도록 설계되었습니다. 예를 들어, "Arduino Shield"라는 검색어에서 단어 사이의 공백은 AND 접속사로 해석되어 "Arduino&Shield"로 변환됩니다. 또한, 이 검색 도구는 부분 문자열에 대해서도 작동합니다. 이것을 활용해 부품 번호를 잘라내고 설명을 추가할 수 있습니다. 예를 들어, "2N700 MOSFET"이라고 검색하면, 현재 디지키에서 판매 중인 221개의 서로 다른 소자들을 결과로 확인할 수 있습니다.
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역 파라미터(Reverse parametric) 검색: 이미 특정 디지키 부품을 찾은 경우, 그림 4와 같이 역 검색 도구를 사용해 보십시오. onsemi의 2N7002를 예로 들어, "기준 제품 번호"인 2N7002를 선택하면 28개의 onsemi 부품을 확인할 수 있습니다.
그림4: 2N7002 부품 번호로 제조업체 특정 부품에 대해 역 검색 시작하기.
기술 조언: 제조 트렌드는 수년 동안 변화하였으며, 납을 사용 하지 않는 무연(lead free) 부품이 중요한 고려 사항 중 하나입니다. 많은 신규 부품 번호가 이 RoHS 준수를 반영하고 있습니다.
2N700X 파생품
2N700X 제품군의 활용 범위는 TO-92와 SOT-23 패키지를 넘어 다른 패키지로도 확장되었습니다. 그림 5와 같이 SOT8015 패키지를 사용하는 Nexperia의 2N7002KQBZ가 좋은 예시이며, 두 개의 2N700X가 들어 있는 Diodes Incorporated의 2N7002DW-7-F와 같은 예시도 있습니다.
이러한 파생품들을 통해 기판 크기와 부품 수를 줄일 수 있으며, 전체 비용을 줄이는 데 도움이 될 수도 있습니다.
그림 5: SOT8015 패키지로 된 2N700X 제품의 이미지.
글을 맺으며
2N700X는 반세기 동안 우리와 함께 해왔습니다. 이 제품군은 여러 세대의 엔지니어들에게 친구와 같이 친숙하며 수백만 개의 제품에 사용되었습니다. 시간이 지나면 알게 되겠지만, 이 제품군과 그 파생품들은 앞으로도 더 많은 세대에 걸쳐 존재할 가능성이 높습니다. 이들은 100년 가까이 지속적으로 생산되고 있는 6L6 진공관처럼 될 수 있을까요?
이것이 바로 젤리빈 부품의 매력입니다.
당신이 가장 좋아하는 젤리빈 부품은 무엇인가요?
감사합니다,
APDahlen
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저자 소개
미합중국 해안경비대(USCG) 소령(LCDR)으로 전역한 Aaron Dahlen은 DigiKey에서 애플리케이션 엔지니어로 근무하고 있습니다. 27년간의 군 복무 동안 기술자 및 엔지니어로서 쌓아온 그 만의 전자 및 자동화에 대한 지식은 12년간의 교단을 통해 (상호 연계되어) 더욱 향상되었습니다. 미네소타 주립대학, Mankato에서 전기공학 석사(MSEE) 학위를 받은 Dahlen은 ABET(Accreditation Board for Engineering and Technology, 미국 공학 기술 인증 위원회) 공인 전기공학 과정을 가르치고, EET(Electrical Engineering Technology, 전기공학 기술) 과정의 프로그램 조정관으로 일했으며, 군 전자 기술자에게 부품 수준의 수리에 대해 가르쳤습니다. 미네소타 주 북부의 집으로 돌아와 이런 류의 연구와 글쓰기를 즐기고 있습니다.
영문 원본: Meet the Jellybeans: The 2N7000 and 2N7002 Logic Level Switching MOSFETs