연말이면 대학교수들이 모여 한 해를 대표하는 사자성어를 발표하는데 2024년은 "도량발호"라고 한다. 뛸 도(跳), 들보 량(梁), 밟을 발(跋), 뒤따를 호(扈)의 한자로 '권력이나 세력을 제멋대로 부리며 함부로 날뛰는 행동이 만연하다'는 뜻이다. 내 수준에서는 다사다난이 제격이다. 어느해 인들 안그랬겠냐만 일도많고 탈도 많았던 한 해다. 다만 아쉽다면 그 탈이 여전히 진행 중이기 때문이다.
입학과 졸업이라는 축하에 곧바로 따르는 고통이 입시와 취업이다. 어쩌다 운좋게 학교에 계약직 "교수" 명함을 받게 됐었다(이번학기로 끝나게 되었지만). 지난 2년간 해 온 작업들을 정리할 겸 몇차례 학회 발표를 했었다. 10여년만에 해보는 논문 발표는 신선했다.
학생들을 지도 하려고 여러 자료들을 검색한 탓인지 유튜브 알고리즘은 취업을 목표로 사교육 온-라인 교습소 홍보 영상들을 많이 추천한다. 그중 "삼성전자 반도체 회로설계 엔지니어가 되려면 꼭 이 '두 가지' 역량을 기르세요![링크]" 라는 홍보 동영상을 보며 머리가 다소 복잡해졌다.
이 (홍보) 동영상에 따르면 대기업 입사 면접에서 지원자에게 문제를 준다는데 난이도가 만만치 않다. 이에 대비 하려면 학교 수업만으로는 부족하니 사교육 시장이 성장 했으리라. 입시 사교육도 모자라 취업 사교육 이라니 젊은 세대들은 공부하랴 머리가 터져나가고, 학부모들은 학비 대느라 등이 터져나갈 판이다.
기성세대(학부모, 교육자, 직장인)들 중 학교에서 전공한 대로 인생이 풀린 이가 얼마나 될까. 치열한 경쟁속에서 소수가 살아 남는다는 것을 잘 알면서 취업을 미끼로 좁은 골목으로 몰아 넣는것 같다. 학부 교육에서부터 너무 시야를 좁히지 않았으면 좋겠다. 전공 학과를 선택했다는 것 만으로도 충분히 좁혀져 있다.
입시에서 좋은 성적을 거둔 학생들이 (졸업 후 고수입을 보장 받을지도 모르는) 실용적인 학과로 몰리자 취업을 보장 한다는 유혹까지 내걸며 학생들을 모집한다. 졸업 후 수월하게 현장 투입 가능한 인력을 원하는 기업의 속내와 맞닿아 있다. 사회로 나가 직무가 정해지면 어짜피 선택과 집중을 하게 될텐데 학교에서는 넓은 안목과 통찰력을 길러야 하는 것 아닐까 싶다.
우리나라에서 취업할 곳이 어디 삼성 뿐이랴! 대학이 '삼성맨" 양성소로, "내란학과"로 변질 되는 마당에 안목과 통찰을 기대하는 것은 무리일지도 모르겠다.
상급 학교 진학과 사회 진출의 계절을 맞아 학생 학부모 모두 걱정과 고민이 많을 것이다. 그래서 인지 몰라도 유튜브 알고리즘이 사교육 홍보 동영상을 많이 추천한다.
삼성전자 반도체 회로설계 엔지니어가 되려면 꼭 이 '두 가지' 역량을 기르세요!
이 (홍보) 동영상에 따르면 대기업 입사 면접에서 지원자에게 회로 문제를 설명해 보라고 한다는데 난이도가 여간치 않다. 이에 대비 하려면 학교 수업만으로는 부족하니 사교육 시장이 성장 했으리라. 입시 사교육도 모자라 취업 사교육 이라니 젊은 세대들은 공부하랴 머리가 터져나가고 학부모들은 학비 대느라 등이 터져나갈 판이다.
입시에서 좋은 성적을 거둔 학생들이 (졸업 후 고수입을 보장 받을지도 모르는) 실용적인 학과로 몰리자 취업을 보장 한다는 유혹까지 내걸며 학생들을 모집한다. 졸업 후 수월하게 현장 투입 가능한 인력을 원하는 기업의 속내와 맞닿아있다. 사회로 나가 직무가 주어지면 어짜피 집중하게 될텐데 학교에서는 넓은 안목과 통찰력을 길러야 하는것 아닐까 싶다.
기성세대(학부모, 교육자, 직장인)들 중 학교에서 전공한 대로 인생이 풀린이가 얼마나 될까. 치열한 경쟁속에서 소수가 살아 남는 다는 것을 잘 알면서 취업을 미끼로 좁은 골목으로 몰아 넣는것 같다. 학부 교육에서부터 너무 시야를 좁히지 않았으면 좋겠다. 전자공학을 전공 한다는 것 만으로도 충분히 좁혀져 있다. 적어도 디지털이니 아날로그니 하며 더 좁히지 말자.
한때는 디지털이 대세라고 하더니 요즘 학회에 발표되는 논문의 7~8할이 아날로그에 몰려 있다고 한다. 그것도 회로와 공정에 집중되어 있다. 아마도 우리의 반도체 산업이 제조에 치우쳐 있는 탓이라는 생각이 든다. 여담이지만, 비메모리 반도체를 부르짖다 정착한 곳이 아날로그(전력소자, PLL, ADC/DAC 등)라니 조금은 당황스러운 면이 없진 않다. ("시스템 반도체"를 부르짖다가 "비메모리 반도체"라고 할때 알아봤다만....)
현대 산업 사회의 근간이 되어온 반도체 관련 산업의 범위는 매우 넓다. 당장 아날로그 회로를 공부하기 벅차더라도 틈틈이 디지털 회로는 물론 반도체 설계 자동화 도구(EDA)까지 시야를 넓혀보길 바란다.
위의 회로에서 D1과 D2는 1N4148이다. 데이터 쉬트에 따르면 순방향 전압은 0.62v 가량 된다고 한다.
전류가 통과하지 못하는 것은 저항이 크게 걸렸기 때문이다. 다이오드나 트랜지스터 같은 부품을 능동소자라 하는데 저항특성이 가해지는 전압에 따라 변한다는 뜻이다. 능동소자를 작동시키기 위해 가하는 전압을 바이어스(bias)라고 한다. 부품 제조시 정해지면 변하지 않는 일반 저항을 수동소자라 한다. 전자회로가 복잡해 보이지만 결국 저항과 전류와 전압으로 단순화 할 수 있다. 그래서 저항 네트워크를 그려놓고 전압과 전류를 계산하는 문제를 그렇게 열심히 풀었던 거다. 시간 상으로 전류와 전압이 요동치는 현상에도 다 이유가 있을 것이다. 그 이유를 수학으로 밝히는 행위가 신호와 시스템이다. '시스템"이라는 말속에 시간상 발생하는 사건의 변화(전자회로에서는 전류와 전압의 변동으로 표현)가 유기적으로 묶여 돌아간다는 의미를 가지고 있다.
다이오드에 순방향 전압을 가하면 Vf 만큼 전압이 떨어진다. 이를 "전압강하"라 한다. 회로에서 다이오드 2개를 통과 했으므로 전압 강하는 1.24v 가 될 것이다. 총 전압은 24v 이었으므로 두 다이오드에 의한 전압 강하를 빼면 R1의 양단에 걸리는 전압은 24-1.24=22.76v가 되겠다.
그렇다면 이 회로에 흐르는 전류는 얼마일까? 회로에서 전류를 측정하려면 도선을 끊고 전류 측정기를 연결해야 한다. 멀쩡한 회로를 끊어낼 수 없으니 보통 저항 양단의 전얍을 측정하여 옴의 법칙으로 전류를 계산한다. R1에 이어 D1, D2로 흐르는 전류는 옴의 법칙으로 계산된다. 일단 다이오드가 켜졌으므로 두 다이오드의 저항은 0이라고 하자. 옴의 법칙에 따라 전류는 22.76v/220k=103uA 다.
보는게 믿는 것이다. 측정해 보기로 한다. 중국산 3천원짜리 멀티 미터 이지만 제법 그럴듯하게 측정된다.
일단 의문을 나중에 풀어보기로 하고 아래와 같은 회로를 따져보자. NPN 형 트랜지스터를 써서 커런트 소스 회로를 만들었다.
회로를 분석한다는 것은 소자들이 연결된 각 지점의 전류와 전압을 구하는 일이다. 수동소자를 쓰든 능동소자를 쓰든 회로를 구성하는 목적은 원하는 전압과 전류를 얻기 위함이다. 기묘한 조합의 저항 네트워크를 구성해 놓고 전류와 전압을 구하라는 숙제에 골머리를 앓는다. 키르히호프(커초프) 법칙이니, 데브난 법칙이니 하는 것들이 등장 했었다. 문제풀이에 급급하여 이런 얼키설킨 저항회로를 만든 목적을 망각하지 않길 바란다.
NPN 트랜지스터가 더해진 회로를 보자. 두 다이오드 사이에 걸려있는 전압이 트랜지스터를 켤 수 있는 문턱전압보다 높은 약 1.01v 이었다. 트랜지스터의 컬렉터 단자가 개방되어 있지만 이와 상관 없이 베이스와 에미터가 다이오드 처럼 작동한다. 트랜지스터의 베이스와 에미터 사이의 전압강하를 측정하면 0.6v 가량이다.
D1과 D2에 걸려 있던 전압이 1.01v 였으나 트랜지스터가 작동 되면서 전류가 흐르는 통로가 하나 더 생겼으므로 전압이 떨어졌다. 측정해 보니 0.871v가 나왔다. 트랜지스터의 베이스와 에미터 간 다이오드 동작으로 강하된 전압 vBE=0.599를 빼면 R3에 걸릴 전압은 0.272v (=0.871-0.599)가 될 것이다. 실제로 재보니 0.273v 로 측정됐다. 부품의 편차와 회로 구성 빵판의 접촉 저항등을 고려 하면 측정의 오차는 피할 수 없다. 3천원짜리 멀티미터도 쓸만 하다. R3에 흐르는 전류를 계산하면 85uA 다. R3에 3.3k 옴의 저항이 필요 했는데 부품통에 1k와 2.2k짜리 밖에 없어서 직렬 연결 했다.
위의 계산에서 R3로 흐르는 전류는 컬렉터가 개방된 경우다. 컬렉터에 부하저항을 넣어보자. 컬렉터로 흘러가는 전류 Ic가 124uA로 측정됐다. R3의 전압은 392mV 이므로 전류를 계산하면 0.177uA다. Ic에 트랜지스터의 베이스와 에미터 사이에 흐르는 전류가 더해져 Ic보다 크게 나온다. 컬렉터 개방시 85uA를 더하면 200uA(=120uA+85uA)정도 나와야 했지만 다소 낮다. 측정기의 오차를 감안하여 이해하도록 하자.
컬렉터에 부하로 가변저항을 붙여두었다. 부하 저항을 조절하여도 컬렉터에서 R3를 흐르는 전류값은 변하지 않는다. 이 부하에 상관 없이 항상 일정한 전류만을 끌어당기는 특성이 바로 커런트 소스(싱크)의 역활이다. 두 입력의 전압차를 감지하는 차동 증폭(Differential Amplifier)기의 중요 지원 회로다.
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외국의 전자공작 취미가의 이야기를 들어보자. 전자회로에 더하여 외국어(영어)공부도 겸하면 일석이조 아닌가! 중간 중간 실수를 하고 곧바로 바로잡는 장면이 나온다.
어재까지 수능 기출문제 풀이에서 대학에 들어오자 창의적 프로젝트를 수행하라고 하니 적잖이 당황 스럽겠다. 게다가 과학기술의 수준을 고려하면 학생들에게 요구하는 수준이 예전과 다르다. 이에 학교 수업 만으로는 부족한지 취업을 목표로 사설 교육시설(온-라인)이 시선을 잡는다. 비메모리 반도체 설계를 가르친다는 온-라인 교육기관(?)의 광고성격 동영상 이지만 들어볼만 하여 옮겨 본다.
비메모리 설계 엔지니어를 위한 설계독학맛비's 로드맵
대학에도 사교육이 필요한 시대가 되었나 보다. 외국도 이런 사설 기관이 있을까? 아니면 대학 내에서 소화될까? 그들도 사정은 다르지 않을텐데...
