[전자회로_PEARSON Electronic Devices] 4. 바이폴라 접합 트랜지스터

▶ B(BIPOLAR 양극)J (JUNCTION  접합) T (TRANSISTOR 반도체소자)의 구조

3개의 영역으로 구성되어 있으며 이미터,베이스,컬렉터 라고 한다.

바이폴라라는 의미는 트랜지스터의 반송자로써 전공과 두개의 전자가 사용되었다는 것을 의미한다.

트랜지스터의 의미는 Trans-Resistor 로써, Resistor 값을 변화시킬수 있다는 뜻이다. 저항값의 변화는 단연 전류의 양을 조절할수 있다는 것이므로 트랜지스터의 의미는 전류의 양을 마음껏 조절할 수있다는 뜻이다 ^^ 혹자는 트랜지스터를 가변저항이라고도 표현합니다. 머 같은 말이겠지요 ? ^^;

▶ BJT의 기본동작

가변저항을 만져본 사람이라면 저항값을 돌리는 나사가 존재한다. 따라서 드라이버로 저항값을 이리저리 바꿀수가 있다. 그러나 트랜지스터에는 나사가 없다...대신..그것과 동일한 기능을 하는 베이스 (게이트)가 입력되는 전류값(전압값)에 따라 저항값을 조절하는 가변저항이 된다.  즉, 베이스단의 입력신호에 따라서 저항값 (전류의 양 조절가능)이 변하는 소자가 BJT인것이다.

[추가상식]

BJT는 입력전류로 조정하는 가변저항이라면 전계효과 트랜지스터 FET은 게이트 입력전압으로 조정하는 가변저항이다.

그리고 이렇게 입력단을 가지고 있으며 입력 신호의 조건에 따라서 작동및 특성으 달리하는 소자들을 "능동소자(active device)"라고 일컫는다. 그리고 반대로 고정된 작동만 하는것을 수동소자(passive device)라고 한다.

위의 그림은 npn접합 트랜지스터로써 전자와 정공의 움직임을 알아야 BJT 의 동작을 이해할수가 있다.

도핑농도 ( E > C > B) 

무겁게 도핑된 부분일수록 조밀한 전자의 흐름을 보이는데 위의 그림에서 큰 화살표에서 표시된것과 같이 BE접합에서 가장 가볍게 도핑되어서 가장 작은 영역인 p영역(베이스)으로 쉽게 확산된다. 정공은 흰색으로 표시되어있는데 베이스 영역에서 유입된 아주 적은 양의 자유전자들은 정공과 결합한다. 그리고 이것은 베이스 영역을 통하여 가전자대역의 전자로 베이스-이미터로 정공전류의 형태로 이동한다. Base Lead 부분이다. 금속부분.

그리고 금속의 베이스 리드로 들어간 정공전류는 자유전자가 되고 이것은 외부 베이스 전류가 된다. 그러나 베이스영역으로 들어간 자유전자의 대부분은 정공과 결합하지 않는데 이는 베이스 영역의 구조가 매우 얇기 때문이다. 그래서 대부분의 자유전자들은 역방향 바이어스된 BC접합으로 이동하게 되고 +전압으로 대전된 Vc로 인하여 컬렉터 영역으로 흘러 들어가게 된다. 그리고 이 자유전자들은 외부 전원으로 들어가게 되고 이것은 다시 이미터로 들어오게 된다.

이런 현상이 바로 B의 크기에 따라서 증폭이 되는 현상이다.

결과적으로 위의 그림은 전자의 흐름을 통하여 설명하였으며 실제 전류의 방향은 반대이므로 C-E의 방향으로 전류가 흐르게 된다.

그리고 베이스단의 전류의 양이 스위치 역할을 하게 되어 많은 베이스전류가 유입이되면 더 많은 CE전류가 흐르게 되는 것이다.

이 얘기는 앞서 얘기한 저항값의 변화와 매칭시켜서 생각해도 무방하다. 그리고 베이스 전류의 유입을 결정하는 것은 B-E사이의 전압을 얼마나 많이 주는가에 따라서 달라지며 이것을 통하여 C-E의 전류량을 조절할수가 있다. 그리고 베이스단으로 넣어주는 전압량(전류량)에 따라서 "포화,활성,차단"영역이 생기는데 이것은 의미는 아래와 같다

활성영역 : CE전류가 B의 작은입력에도 크게 변해주는 영역

차단영역 : B의 입력이 너무 낮아서 CE간의 전루가 흐리지 못하는 영역

포화영역 : B에 입력이 너무 높아서 CE간의 전류가 더이상 증가하지 못하는 영역

그리고 위의 3가지 영역을 이용하여 BJT를 2가지의 기능으로 사용할수가 있다.

 1) 증폭 기능 : 활성영역 사용

증폭회로는 3가지 종류가 있으며 3개의 PIN (베이스,이미터,콜렉터)중 어느핀이 접지되어있는가 따라서 나뉘어 진다.

E미터 접지회로 = 전류,전압 증폭 / 입출력은 역상   <--가장 많이 쓰는 형태

C렉터 접지회로 = 전류만 증폭 / 입출력은 동상

B이스 접지회로 = 전압만 증폭 / 입출력은 동상

 2) 스위치 기능 : 차단과 포화영역 사용 

스위치 형태는 콜렉터에 전원을 연결하고 베이스로  ON.OFF를 하는 형태

**주용용어**

-베타 : BJT의 직류 베이스전류에 대한 직류 컬렉터 전류의 비.

-포화 : BJT가 베이스 전류에 무관하고 컬렉터 전류가 최대값일때의 상태

-차단 : 트랜지스터가 도통되지 않음

▶ BJT의 바이어스 회로

앞서 이야기한것처럼 적절한 베이스전류를 흘려주지 않으면 BJT는 차단되거나 포화된다.

따라서 적절한 선형동작으로 BJT를 이끌기 위해서는 직류 동작점을 설정해야 한다. 이를 우리는 Q점이라고 부르며 입력신호는 증폭되어 Q점에서 스위하는 출력신호로 나타난다.

*직류부하선 : 포화점과 차단점을 이은 선. 동작점을 찾는 중심축. AC가 이선을 기준으로 스윙한다. Vcc와 Rc에 의해 결정됨

•전원이 하나만 이용된다는 점에서 직류전압 바이어스에 비해 보다 실용적으로 사용됨

•IB에 비해 I2에가 월등히 크고, 베이스전압은 온도나 트랜지스터의 종류와 관계없이 매우 안정되기 때문에 

안정된 전압분배기 라고 함