오늘 끝나면
왜 진공관이 컴퓨터인가
- ✓진공관이 접점 없이 전압으로 여닫는 전자 스위치임을 설명할 수 있음
- ✓그리드 전압이 차단점을 기준으로 전자 흐름을 ON/OFF 하는 원리를 말할 수 있음
- ✓진공관이 릴레이보다 왜 수천 배 빠른지, 그 대가가 무엇인지 근거를 댈 수 있음
실습 미션
오른쪽에서 그리드 전압을 차단점 아래로 내렸다 위로 올려 전자 흐름을 직접 끊고 켜 보셈.
성공 조건
- □그리드 전압을 -16V로 내려 전자 흐름을 완전히 막아봄
- □전압을 차단점 위로 올려 ON 상태에서 릴레이 대비 스위칭 속도 배수를 확인함
- □전류를 키울수록 발열이 오르고 수명 게이지가 줄어드는 걸 관찰함
전자 스위치 · 그리드 제어 · 초고속 ON/OFF
왜 진공관이 컴퓨터인가
움직이는 접점 없이 전압만으로 전자 흐름을 여닫는 첫 전자 스위치임. 릴레이보다 수천 배 빠르지만, 그 대가로 뜨겁고 잘 타고 큼.
릴레이의 한계 — 쇠가 움직여야 한다
릴레이는 전자석으로 쇠 접점을 붙였다 떼며 0과 1을 만듦.
문제는 그 쇠붙이가 물리로 움직여야 한다는 것. 질량이 있어서 관성이 있음.
아무리 작게 만들어도 1초에 수백 번 여닫으면 한계임. 째깍거리고 닳음.
더 빠른 컴퓨터를 만들려면, 움직이는 부품 자체를 없애야 했음.
쇠붙이가 매번 물리로 붙었다 떨어져야 함. 질량이 있어 관성이 붙고, 1초에 수백 번이 한계임. 더 빠르려면 움직이는 부품을 아예 없애야 했음.
접점 없는 전자 스위치 — 진공관 원리
1904년 플레밍이 진공관 다이오드를, 1906년 드 포레스트가 그리드를 넣은 3극관(트라이오드)을 만듦.
진공 유리관 안에서, 달궈진 음극이 전자를 뿜으면 그 전자가 양극으로 날아감.
음극과 양극 사이에 가는 격자(그리드)를 두고 거기에 전압을 걸면, 전자 흐름을 켜고 끔.
쇠붙이를 붙였다 떼는 게 아니라 전압만으로 여닫음. 움직이는 접점이 아예 없는 첫 전자 스위치임.
그리드 전압이 흐름을 여닫는다
그리드는 음극과 양극 사이를 가로막은 가는 철망 같은 전극임.
그리드를 음(-)으로 깊게 깔면 전자가 밀려나 못 지나감. 흐름이 막힘 — OFF.
그리드를 차단점 위로 올리면 전자가 통과함. 흐름이 흐름 — ON.
이 차단점(컷오프) 하나로 0과 1이 갈림. 작은 전압 변화가 큰 전류를 여닫는 게 핵심임.
지금은 차단점 -8V 아래라 전자가 밀려 막힘 — OFF(0). 슬라이더를 오른쪽으로 올려 보셈.
릴레이보다 수천 배 빠른 대신 — 뜨겁고 잘 탄다
전자는 질량이 거의 없어서 전압만 바꾸면 즉시 따라옴. 그래서 1초에 수십만~백만 번을 여닫음.
릴레이가 100Hz급일 때 진공관은 1MHz급. 약 수천 배 빠름. 이 속도가 전자 컴퓨터를 가능하게 함.
대가는 큼. 전자를 뽑으려 음극을 늘 달궈야 해서 뜨겁고, 필라멘트가 백열전구처럼 결국 끊어짐.
ENIAC은 진공관 약 1만 8천 개를 썼고, 며칠마다 한 개씩 타서 갈았음. 트랜지스터로 넘어갈 이유가 여기서 생김.
전자는 질량이 거의 없어 전압만 바꾸면 즉시 따라옴. 그래서 진공관이 릴레이보다 약 10,000배 빠르게 0/1을 여닫음.
릴레이는 느린 대신 차갑고 단순함. 진공관 버튼을 눌러 빠름의 대가를 확인해 보셈.
직접 진공관 스위치를 여닫아 보기
오른쪽에서 그리드 전압을 차단점 아래로 내렸다 위로 올려, 전자 흐름을 직접 끊고 켜 보면 됨.
전압을 차단점 위로 올리면 관 속 전자가 음극에서 양극으로 흐르고, 릴레이 대비 속도 배수가 떠오름.
전류를 키울수록 발열이 오르고 필라멘트 수명 게이지가 줄어듦. 빠름의 대가가 눈에 보임.
움직이는 접점 없이 전압 하나로 0과 1이 갈리는 걸, 외우지 말고 슬라이더로 만져 확인할 것.
차단점은 -8V. 이보다 더 음수면 전자가 막힘. 움직이는 접점 없이 전압만으로 여닫음.
지금 진공관은 릴레이보다 약 10,000배 빠르게 0과 1을 여닫음.
전압을 올려 전류를 키울수록 더 뜨거워지고 필라멘트가 빨리 탐. 빠른 대신 뜨겁고 잘 타는 게 진공관의 약점임.