【전자회로 기본Ⅰ】 12강 - BJT 구조와 동작

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11강에서는  신호전압을 조절하는 다이오드에 대하여 학습함

신호전압을 조절하는 다이오드에는 다이오드 리미터, 다이오드 클램퍼, 전압 체배기 등이 있음

다이오드 리미터는 어떤 회로에 인가되는 전압을 제한하는 다이오드르 특정 부하를 보호하는 특성을 지님

다이오드 리미터는 양전압 리미터와 음전압 리미터가 존재하는데, 이들은 0.7V와 -0.7V를 기준으로 제한을 하는 특성을 가짐

이 외의 전압을 리미팅하기 위해서는 바이어스 회로를 이용하는 바이어스된 리미터를 사용함

다이오드 클램퍼란 직류전압에 교류전압을 더하는 다이오드임

커패시터를 이용하여 충전과 방전을 반복하며 직류전압에 교류전압을 더함

이때 커패시터의 용량이 매우 중요하며 이 값이 충분하지 않은 클램퍼의 경우 DC 성분의 값이 낮아져 교류 신호의 하한값이 잘림

마지막으로 전압 체배기란 전압을 n배수로 늘려주는 회로를 말함

이때도 클램퍼처럼 커패시터를 이용하여 충전과 방전을 이용해 전압을 높여줌

 

https://nate0707.tistory.com/111

【전자회로 기본Ⅰ】 11강 - 신호전압을 조절하는 다이오드

 

 

1. BJT 구조

 

- BJT 구조

 

BJT$(Bipolar Junction Transistor)$는 바이폴라 접합 트랜지스터로 실제 동작에 있어 전자와 정공 두 극성의 Carrier가 사용됨

n형, p형 반도체를 npn 혹은 pnp 순서로 접합시킨 구조로 되어있음

 

 

npn, pnp 각 반도체는 단자가 연결되어 있는데 이를 각각 이미터$(Emitter)$, 베이스$(Base)$, 컬렉터$(Collector)$라고 함

컬렉터와 이미터는 베이스보다 많이 도핑되며, 이미터가 컬렉터보다 상대적으로 많이 도핑이 됨

따라서 도핑이 된 정도는 베이스 < 컬렉터 < 이미터

 

- BJT 기호

 

트랜지스터의 기호에서 이미터 단자에 화살표는 전류의 흐름을 나타냄

 

npn의 경우 트랜지스터 내부에서 단자 쪽으로 화살표가 향해 있는데, 컬레터와 베이스에서 전류가 들어오고 이미터로 나가는걸 표현함

 

npn 트랜지스터

 

pnp의 경우 트랜지스터 내부에서 트랜지스터 내부로 화살표가 향해 있는데, 이미터로 전류가 들어오고 베이스와 컬렉터로 전류가 나가는걸 표현함

 

pnp 트랜지스터

 

2. BJT 패키지와 단자 정의

 

- 일반 목적 / 소신호 트랜지스터

 

트랜지스터의 케이스는 플라스틱이나 금속 재질을 사용함

패캐지의 종류에는 Breadboard에 꽂아 사용하는 Dual In Line의 약자 DIP 패키지와 표면실장기술 SMT에 사용하는 Small Outline Transistor의 약자 SOT 패키지가 있음

 

DIP 패키지

 

SOT 패키지

 

- 전력 트랜지스터

 

전자회로에서 1A는 큰 전류에 해당하는데, 이러한 1A 이상의 큰 전류나 큰 전압을 사용하는 곳에서는 전력 트랜지스터를 사용함

예를들어 오디오 시스템에서 스피커로 음성을 출력하는 회로단에 스피커 구동을 위한 전력 증폭기가 사용됨

 

이때 전력 트랜지스터는 출력 전력이 클수록 많은 열이 발생하는데, 이를 예방하기 위해 방열판이 존재함

 

 

- RF 트랜지스터

 

트랜지스터가 처리하는 신호가 수십 MHz 이상의 주파수를 갖는 신호라면 RF 트랜지스터를 사용해야 함

RF 트랜지스터 패키지는 일반 목적 / 소신호 트랜지스터와 같은 형태고 RF 신호의 효과적 전달을 위해 특별한 형태의 CASE를 사용함

RF 신호의 레벨이 클 경우 전력이 커지므로 전력 트랜지스터와 마찬가지로 방열 대책이 적용된 Case가 적용됨

 

 

3. BJT 동작

 

- 바이어스

 

바이어스는 어떤 소자나 장치를 동작시키기 위해 인가해주는 전압이나 전류를 의미함

트랜지스터를 동작시키기 위해서는 동작 목적에 따라 적정한 바이어스가 인가되어야 함

 

 

베이스 - 이미터 접합에는 순방향 바이어스를 걸어주어야 함

베이스 - 컬렉터 접합에는 역방향 바이어스를 걸어주어야 함

 

- 동작과정

 

npn 트랜지스터의 경우 베이스 - 이미터 접합에서 순방향 바이어스가 걸리므로 BE의 공핍층이 좁아지고 베이스- 컬렉터 접합에서 역방향 바이어스가 걸리므로 BC의 공핍층은 두터워짐

이미터 단자로 유입된 전자들은 낮은 BE 공핍층에서 베이스 영역의 정공과 결합을 함

베이스 영역에는 정공의 수가 많지 않아 소수의 전자만 재결합을 할 수 있고 이러한 적은 재결합은 적은 베이스 전류를 형성함

정공과의 결합에 성공하지 않는 대부분의 전자들은 베이스 - 컬렉터 공핍영역으로 확산되어 들어가며, 컬렌터의 + 전압에 의한 인력으로 컬렉터 단자로 흘러나가게 됨

* 전자와 전류의 이동 방향은 반대임

 

- 트랜지스터 전류

 

npn 트랜지스터의 동작과정에서 전자의 흐름은 이미터로 들어온 전자의 일부분이 베이스로 흘러나가고 대부분의 전자가 컬렉터로 흘러 나감을 알 수 있음 

 

 

pnp 트랜지스터는 npn과 전류의 방향만 다를 뿐 수식에는 차이가 없음