Chapter 4 바이폴라 접합 트랜지스터

목 표 바이폴라 접합 트랜지스터의 기본 구조 트랜지스터의 바이어스 방법과 전압-전류 특성 트랜지스터의 파라미터와 특성 목 표 바이폴라 접합 트랜지스터의 기본 구조 트랜지스터의 바이어스 방법과 전압-전류 특성 트랜지스터의 파라미터와 특성 전압증폭기로서의 트랜지스터 특성 전자 스위치로서 트랜지스터 특성 전자 스위치로서 트랜지스터 특성

4-1. 트랜지스터의 구조 트랜지스터의 역할 : 증폭 작용과 스위칭 4-1. 트랜지스터의 구조 트랜지스터의 역할 : 증폭 작용과 스위칭 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT : Bipolar junction Transistor)는 에피택셜 플래너 구조로 도핑된 세 개의 반도체 영역으로 구성 세 영역- 이미터(emitter), 베이스(base), 컬렉터(collector) 이미터 영역은 도핑 농도가 높게, 컬렉터는 중간, 베이스는 엷게 도핑 바이폴라(bipolar) – 트랜지스터 구조내에서 반송자가 두 개(전자, 정공) Fig 7-10 basic JFET circuit 기본적인 BJT 구조와 기호

4-2. 기본적인 트랜지스터의 동작 트랜지스터의 바이어스 : B-E → 순방향 바이어스, B-C → 역방향 바이어스 4-2. 기본적인 트랜지스터의 동작 트랜지스터의 바이어스 : B-E → 순방향 바이어스, B-C → 역방향 바이어스 베이스 전류 : 전자들이 순방향 바이어스된 pn 접합을 가로질러 엷게 도핑된 베이스 영역의 소수의 정공들과 재결합으로 생성 컬렉터 전류 : 베이스 영역으로 흘러간 대부분의 전자는 재결합하지 못하고 BC 공핍 영역으로 확산하고 공핍 영역의 전계 때문에 공핍층을 가로질러 컬렉터 단자로 흐름으로써 발생 Fig 7-10 basic JFET circuit BJT의 순-역방향 바이어스 BJT의 동작 설명

트랜지스터 전류 npn TR의 전류 : IE = IC + IB 그림의 화살표 방향은 반대(교재참조) TR의 전류 Fig 7-10 basic JFET circuit TR의 전류

4-3. 트랜지스터 특성과 파라미터 직류 베타와 직류 알파 4-3. 트랜지스터 특성과 파라미터 그림의 화살표 방향은 반대(교재참조) TR의 직류 바이어스 회로 Fig 7-10 basic JFET circuit 직류 베타와 직류 알파 직류 베타(TR의 직류 전류 이득) : 컬렉터 전류와 베이스 전류의 비(20~200이상) βDC = IC / IB 직류 알파 : 컬렉터 전류와 이미터 전류의 비(0.95~0.99) αDC = IC / IE

전류 - 전압 해석 베이스-이미터 전압 : VBE ≒ 0.7V 이미터가 접지되었으므로 RB 양단 전압은 그림의 화살표 방향은 반대(교재참조) 전류 - 전압 해석 베이스-이미터 전압 : VBE ≒ 0.7V 이미터가 접지되었으므로 RB 양단 전압은 VRB = VBB – VBE 옴의 법칙에 의해 VRB = IBRB 윗 식에 VRB를 대입하면 IBRB = VBB - VBE 그러므로 IB = (VBB - VBE) / RB TR의 전류와 전압 접지된 이미터에 대한 컬렉터 전압은 VCE = VCC – VRC RC 양단의 전압강하는 VRC = ICRC 그러므로 컬렉터에서의 전압은 VCE = VCC – ICRC (여기서 IC = βDCIB) 역방향된 컬렉터 베이스 양단 전압은 VCB = VCE - VBE Fig 7-10 basic JFET circuit

컬렉터 특성 곡선 그림의 화살표 방향은 반대(교재참조) TR의 컬렉터 특성 곡선 Fig 7-10 basic JFET circuit TR의 컬렉터 특성 곡선

차 단 포 화 IB = 0인 경우 열에 의해 생성된 반송자에 의한 아주 적은 컬렉터 누설전류 ICEO 발생 그림의 화살표 방향은 반대(교재참조) 차 단 IB = 0인 경우 열에 의해 생성된 반송자에 의한 아주 적은 컬렉터 누설전류 ICEO 발생 ICEO는 아주 작기 때문에 무시되어VCE = VCC 차단 상태에서는 B-E와 B-C 접합이 역방향 바이어스 상태 차단 동작 포 화 베이스-이미터 접합이 순방향 바이어스 되고 베이스 전류가 증가하면 컬렉터 전류는 IC = βDC IB 컬렉터 전류가 증가함에 따라 컬렉터 저항에 걸리는 전압의 증가로 VCE 에 걸리는 전압 감소 VCE = VCC – ICRC VCE가 포화 값 VCE(sat)에 도달하면 B-C 접합은 순방향 바이어스 되어 IB가 증가하여도 IC 는 일정 컬렉터 특성곡선의 무릎점 아래 부분 Fig 7-10 basic JFET circuit 포화 동작

직류 부하선 βDC의 상세 정보 최대 트랜지스터 정격 IC = 0, VCE = VCC 인 차단 점과 IC = IC(sat), VCE = VCE(sat) 인 포화점을 연결한 선 부하선은 TR의 동작 영역중 활성 영역 βDC의 상세 정보 βDC 나 hFE 는 BJT를 시험하는데 필요한 매우 중요한 파라미터 βDC 는 컬렉터 전류와 온도에 따라 변화 컬렉터 특성곡선위의 직류 부하선 Fig 7-10 basic JFET circuit 최대 트랜지스터 정격 동작상의 제한 -> 최대 정격(규격표에 명시) 최대 정격 : C-B 전압, E-B 전압, 컬렉터 전류, 소비전력에 대해 정의 IC = PD(max) / VCE , VCE = PD(max) / IC

트랜지스터 규격표 Fig 7-10 basic JFET circuit 트랜지스터의 규격표

4-4. 증폭기로서의 트랜지스터 직류(DC)와 교류(AC) 량의 표기 트랜지스터 증폭 4-4. 증폭기로서의 트랜지스터 증폭 : 전기적 신호의 진폭이 선형적으로 증가하는 과정(β : 전류이득 특성) TR의 동작점이 활성(선형) 영역에 있을 때 B-E 접합은 순방향 바이어스 되어 낮은 저항을, B-C 접합은 역방향 바이어스 되어 높은 임피던스 특성 직류(DC)와 교류(AC) 량의 표기 직류량은 첨자를 대문자로, 교류량은 소문자로 표기 교류는 실효값(rms) 트랜지스터 증폭 TR의 증폭 : 컬렉터의 전류가 전류이득 β를 베이스 전류에 곱한 것(IC = βIB) 입력교류 전압은 베이스 전류를 생성하고 이는 더 큰 컬렉터 전류를 발생 컬렉터 전류는 RC 양단에 전압강하를 일으키고 이는 교류 입력전압을 반전 증폭시킨 파형을 출력 Fig 7-10 basic JFET circuit

순방향 바이어스된 B-E 접합은 교류 신호가 가해지는 경우 매우 낮은 저항(r’e로 표기) 이미터 전류를 구하면 - 교류 컬렉터 전압 Vc는 Rc 양단의 전압강하와 같으므로 Ie ≒ Ic = Vb/r’e Vc = IcRc(Ic≒Ie) Vb는 TR의 교류 입력전압 Vb = Vin – IbRb Vc는 TR의 교류 출력 전압으로 간주 TR의 교류 전압 이득 Av는 Av = Vc / Vb Vc = IeRc와 Vb = Ier’e를 위 식에 대입하면 Av = Vc / Vb ≒ IeRc / Ier’e A v ≒ Rc / r’e 위 식은 TR이 Rc나 r’e에 의존하는 증폭 혹은 전압이득을 갖는다는 것을 의미 Rc가 r’e보다 훨씬 크므로 출력전압은 입력전압보다 항상 크다. Fig 7-10 basic JFET circuit 기본적인 TR 증폭회로

IC = (VCC – VCE(sat)) / RC 4-5. 스위치로서의 트랜지스터 차단 조건 B-E 접합이 순방향 바이어스 되지 않으면 차단 상태 VCE(cutoff) = VCC 포화 조건 TR의 이상적인 스위칭 동작 B-E 접합이 순방향 바이어스 되면 충분한 큰 베이스 전류가 최대 컬렉터 전류를 만들며 트랜지스터는 포화 IC = (VCC – VCE(sat)) / RC 포화시키기 위한 베이스전류는 IB(min) = IC(sat) / βDC Fig 7-10 basic JFET circuit 응 용 TR의 스위칭 동작 응용

다목적/ 소신호 TR의 프라스틱 및 금속 패키지 4-6. 트랜지스터의 패키지 Fig 7-10 basic JFET circuit 다목적/ 소신호 TR의 프라스틱 및 금속 패키지

다수 패키지 트랜지스터 Fig 7-10 basic JFET circuit RF 트랜지스터 전력 트랜지스터

Fig 7-10 basic JFET circuit