BJT 트랜지스터: 소형 고효율 전자 설계의 초석

전자공학 역사를 연구하면 트랜지스터 발명이 인류에 필수적이었음을 알 수 있습니다. 트랜지스터는 부피가 크고 전력 소모가 심하며 저효율인 진공관을 대체하기 위해 등장했습니다.

현재 트랜지스터는 전자 회로에서 증폭 또는 스위칭 용도로 사용됩니다.

이 글을 통해 양극성 접합 트랜지스터(BJT), 구성, 응용에 대해 더 알아보세요.

BJT 트랜지스터란?

그림 1: NPN 파워 트랜지스터

양극성 접합 트랜지스터(BJT)는 두 개의 n-p 접합으로 구성된 전류 제어 반도체 소자입니다.

베이스, 이미터, 컬렉터 세 개의 단자가 있습니다. n-p 배열에 따라 BJT는 정공 또는 전자를 주요 전하 운반체로 사용합니다.

베이스 단자에 인가된 신호는 트랜지스터의 컬렉터 단자에서 증폭됩니다. 그러나 증폭을 위해 약간의 DC 전력이 필요합니다.

BJT 트랜지스터 구성

그림 2: 회로 기판의 전자 부품

BJT는 전자 회로에서 중요한 3단자 스위칭 또는 증폭 소자입니다. 주요 전하 운반체에 따라 두 가지 양극성 접합 트랜지스터 구성을 개발할 수 있습니다.

따라서 BJT는 두 개의 입력을 가지지만 3단자 소자이므로 두 개의 출력을 가질 수 없습니다.

입력과 출력 모두에 하나의 단자를 공통으로 사용하여 추가 출력 단자 문제를 극복합니다.

다음 세 가지가 가능한 BJT 구성입니다:

BJT 트랜지스터: 공통 이미터 구성

여기서 입력 신호는 베이스-이미터 접합 사이에, 출력은 컬렉터-이미터 접합 사이에서 취합니다. 따라서 이미터가 입력 신호를 반전시킵니다.

BJT 트랜지스터: 공통 컬렉터 구성

이 구성은 베이스-컬렉터 접합 사이에 입력을 인가하고 컬렉터-이미터 모서리에서 출력을 취합니다.

공통 베이스 구성

공통 베이스 구성은 베이스 단자를 입력과 출력 신호 모두에 사용합니다. 공통 베이스 구성은 전압 이득만 있고 전류 이득은 없습니다.

BJT 특성

그림 3: 트랜지스터가 있는 회로도

세 가지 BJT 구성은 서로 다른 특성을 가진 회로를 만듭니다. 가장 중요한 특징은 입력/출력 임피던스, 전류/전압 이득입니다.

특성	공통 베이스	공통 이미터	공통 컬렉터
전력 이득	낮음	매우 높음	중간
전류 이득	낮음	중간	높음
전압 이득	높음	중간	낮음
위상각	0°	180°	0°
출력 임피던스	매우 높음	높음	낮음
입력 임피던스	낮음	중간	높음

공통 이미터 구성이 가장 일반적인 BJT 구성입니다. 따라서 우수한 전력, 전압, 전류 이득으로 회로 증폭을 개선합니다.

BJT 트랜지스터 유형

그림 4: 전자 회로 기판을 점검하는 기술자

양극성 접합 트랜지스터는 구조 내 주요 전하 운반체에 따라 분류됩니다. 결과적으로:

• PNP BJT - 정공을 주요 전하 운반체로 하는 트랜지스터
• NPN BJT - 전자를 주요 전하 운반체로 하는 트랜지스터

NPN 트랜지스터가 PNP보다 더 인기 있는데 더 나은 증폭을 제공하기 때문입니다. NPN 트랜지스터는 구조에 더 많은 전자가 있고, 전자는 정공보다 이동도가 높습니다.

BJT 트랜지스터: PNP 양극성 접합 트랜지스터

PNP 트랜지스터는 N형 재료를 두 개의 P형 반도체 재료 사이에 도핑하여 만든 양극성 접합 트랜지스터입니다. PNP 트랜지스터에서 이미터가 양전하 운반체를 공급하며, 이는 베이스를 거쳐 컬렉터로 전달됩니다.

이렇게 베이스가 이미터에서 컬렉터로 통과하는 전하 운반체 수를 제어합니다.

NPN 양극성 접합 트랜지스터

NPN 트랜지스터는 P형 반도체 재료를 두 개의 N형 재료 사이에 도핑하여 만든 양극성 접합 트랜지스터입니다. 이 경우 주요 전하 운반체는 자유 전자입니다.

음전하 운반체가 충분히 들뜨면 원자가 대역에서 전도 대역으로 이동합니다. 결과적으로 N형 반도체 영역을 통해 전류가 흐릅니다.

BJT 트랜지스터의 동작 영역

그림 5: 전자 회로 기판

트랜지스터는 전자 회로에서 기술적으로 스위치나 증폭 소자로 작동합니다. 양극성 접합 트랜지스터는 게이트 바이어스에 따라 전도하거나 전도하지 않는 3단자 능동 소자입니다.

따라서 BJT의 동작 영역을 살펴보겠습니다:

활성 영역

여기서 트랜지스터는 증폭기로 작동합니다.

Ic = β × Ib

β는 컬렉터와 베이스 전류의 비율로 공통 이미터 트랜지스터의 전류 이득을 제공합니다.

포화 영역

트랜지스터가 완전히 켜진 상태로, 베이스-컬렉터와 베이스-이미터 접합이 순방향 바이어스 모드입니다.

Ic = I(포화)

차단 영역

여기서 트랜지스터는 완전히 꺼진 상태로, 베이스 전압이 컬렉터와 이미터 전압보다 낮습니다.

Ic = 0

BJT 트랜지스터: BJT 응용

• 첫째, 양극성 접합 트랜지스터는 검파기 또는 디모듈레이터로 기능
• 둘째, 증폭 회로에서 증폭기로 사용되거나 변조기로 사용
• 또한 오실레이터와 멀티바이브레이터 구동
• 웨이브셰이핑을 위한 클리핑 회로에 필수적
• 타임 딜레이 회로에서도 중요
• 마지막으로 전자 스위칭 회로에서 작동

결론

양극성 접합 트랜지스터는 회로에 대한 깊은 이해가 필요한 중요한 전자 부품입니다. 그래서 봤지만 어떻게 작동하는지 이해하지 못했을 수 있습니다.

이 기사가 BJT에 대한 신비를 풀고 프로젝트 진행의 문을 열어주길 바랍니다.

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