전자회로 Electronic Devices and Circuit Therory 본 강의자료에 나오는 그림들은 대부분 Robert L. Boylestad와 Louis Nashelsky의 Electronic Devices and Circuit Theory의 교재로 제공되는 그림의 복사본임 1

3 장에서 배울 내용들 바이폴라 접합 트랜지스터의 구조와 동작원리 베이스 공통회로의 개념 트랜지스터의 증폭원리 에미터 공통회로 컬렉터 공통회로 동작의 한계 트랜지스터의 검사법 트랜지스터 규격표 2

3.1 개요 진공관에서부터 출발: 1904년 J. A. Fleming이 진공관을 이용한 다이오드 소개 1906년 Lee De Forest가 control grid를 이용하여 3 극관(triod) 증폭기 개발 그 이후 4극관(tetrode), 5극관(pentode) 등이 출현 1947년 Bell Lab.에서 W. H. Brattain, J. Bardeen이 반도체 트랜지스터를 개발 진공관에 비해 소형이며, 예열도 필요 없고 수명이 반영구적인 효율적인 소자로 오늘날 전자산업 발전의 계기가 됨 3

3.2 바이폴라 접합트랜지스터(BJT) 구조 트랜지스터의 구조: 3개의 단자로 구성(Emitter, Base, Collector) 증폭작용을 함 (제 3의 단자에서 에너지 공급) (하나의 단자는 공통(접지) (나머지 단자로 신호를 공급) NPN (주로 Electron으로 동작) PNP (주로 Hole로 동작) 가운데 Base 층의 두께는 대단히 적음( 만약 이층의 폭이 넓다면 어떻게 될까?) 4

3.3트랜지스터의 전압과 동작 Hole Hole

3.3 트랜지스터의 전압과 동작 Emitter-Base 사이는 순방향, Collector-Base 사이는 역방향 모두 순방향이면 어떻게 되나? Hole Hole 6

3.4 공통 베이스 회로( 전압 전류방향)

3.4공통 베이스 회로( 출력전압 영향) 컬렉터와 베이스 사이의 전압변화는 입력인 에미터와 베이스의 전기적 영향을 미침 입력과 출력의 전류크기는 거의 비슷(예제3.1) 입출력관계의 그림을 보면 출력전압(VCB)을 증가하여도 출력전류(IC)의 영향은 크지 않음 트랜지스터의 3가지 동작영역 (Cutoff, Active, Saturation) 출력단자라고 부르는 전압 VCB가 너무 커지면 갑자기 전류가 증가하기 시작(Breakdown) 외부에서 DC 전압을 공급하여 동작영역에 있도록 하는 것을 바이어스(BIAS) 8

3. 4 공통 베이스 회로(역포화 전류) Cutoff (차단): VEB - 역방향 또는 바이어스 없음 VCB- 역방향 바이어스 Active (활성): VEB - 순방향 바이어스, VCB- 역방향 바이어스 Saturation (포화): VEB - 순방향 바이어스, VCB- 순방향 바이어스 차단영역에서 컬렉터와 베이스 사이의 역전류를 ICBO라고 하며 역전류의 크기 이 크기는 매우 적으므로 통상 IE≈IC 포화영역에서는 콜렉터와 에미터 사이의 전류는 포화된 최대값으로 VCE=0V 활성영역에서는 증폭작용이 있으며, 0V < VCB <VCC V (공급전압) 9

3.4 공통 베이스 회로 (등가 모델) 다이오드 양단의 전압은 동작하는 위치에 따라 다르다 그러나 복잡한 문제를 간단히 하기 위하여 VBE=0.7V로 가정 10

3. 4 공통 베이스 회로(알파 변수)   11

3.4. 공통 베이스 회로(증폭개념) 입력은 다이오드가 순방향 바이어스 , 출력은 역방향 바이어스 입력과 출력의 전류 값은 거의 동일하므로 12

3. 5 공통 에미터 회로   13

3. 5 공통 에미터 회로 출력 전압의 크기가 입력 전압에 영향을 줌 출력 전압의 크기가 입력 전압에 영향을 줌 공통 베이스 회로와 달리 출력 전류가 출력 전압에 영향을 받음(수평이 아님) 이와 같은 입력에 대한 출력의 관계를 파악 (모든 회로의 입력과 출력 전류 합은 0) 14

3. 5 공통 에미터 회로 (CB 와 차이) Common Base 회로와 달리 출력 전류가 출력 직류 공급전압에 민감한 이유는 - 아래 그림에서 알 수 있듯이 CE 회로는 CB처럼 역방향 바이어스가 되지 못하고 - 전자나 정공들은 매우 얇은 중간의 베이스 층을 지나갈 수 있음 - 따라서 CB와 달리 출력 전압 크기에 비례하여 출력 전류가 영향을 받음 15

3. 5 공통 에미터 회로 (β)   16

3.5 공통 에미터 회로 17

  α와 β의 관계 18

3.5 공통 에미터 회로의 바이어스 19

3.5 공통 에미터 회로 Breakdown 현상(Avalanche Effect & Early Effect) 20

3.5 공통 에미터 회로(에너지 밴드) 전류의 흐름 N 형 P 형 N 형 N 형 P형 N 형 ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖⊖⊖ ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ EC ⊖ ⊖ ⊖ ⊖ EC ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ EV ⊕⊕⊕ EV 에미터의 전자가 컬렉터로 가려면 베이스 층의 높이가 낮아야 함 가운데 베이층이 넓으면 에미터에서 온 전자가 컬렉터로 가지 못하고 재결합하여 소멸 베이스를 지나 컬렉터로 잘 가려면 컬렉터에 강한 + 전압(베이스와 컬렉터가 역방향) 에너지 차이가 큰 절벽을 만나 떨어지는 현상 컬렉터에 도달한 전자 베이스에서 미소한 조절로 많은 에너지를 얻을 수 있음

3.6 공통 컬렉터 회로 (CC) Common Collector 회로는 컬렉터가 접지되며, 소신호 해석(AC)에서 Emitter Follower라고 부름 출력은 에미터에서 얻음 전압이득은 없음 22

3.7 작동 한계영역   23

3.8 트랜지스터의 규격표 24

3.8 트랜지스터의 규격표 25

3.8 트랜지스터의 규격표 26

3.8 트랜지스터의 규격표 27

3.8 트랜지스터의 규격표 28

3.8 트랜지스터의 규격표 29

3. 9 트랜지스터 검사 Curve tracer 30

3.9 트랜지스터 검사 트랜지스터 전용 검사기 31

3. 10 트랜지스터 외부포장과 단자 32

3. 10 트랜지스터 외부포장과 단자 33

3. 10 트랜지스터 외부포장과 단자 34

3. 11 트랜지스터 개발 35