제3장 Bipolar Junction Transistor 전자정보공학 교수 이종복

3.1 BJT의 동작 원리 % 증폭기의 2-포트 모델 출력전류 Io는 입력전류 Ii의 k배여야 한다. 출력전류 Io는 출력전압 Vo의 크기와 관계없이 오직 입력전류 Ii에 의해서만 결정되어야 한다. 출력전류 Io는 입력전류 Ii에 의한 종속전류원으로 모델링된다.

(1) 증폭할 수 있는 방법 ? [1] 다이오드에 순방향 바이어스를 가했을 때, 지수함수적 특성으로 인하여, 작은 입력전압의 차이가 큰 출력전류의 변화를 가져온다. [2] 따라서 이 특성을 증폭에 이용할 수 있다. [3] 그러나, 증폭기로 활용하기 위해서는 증폭한 전류가 오직 입력전류의 크기에만 비례하고 출력전압에 관계없이 일정한 크기를 갖도록 만들어내야한다.

(2) 출력전압과 관계없는 일정한 크기의 전류 생성 방법 ?  Reverse biased pn junction Reverse biased된 pn junction에서, n에서 p로 흐르는 역포화전 류는 접합 근처에서의 소수캐리어의 발생율에 비례한다. 역포화 전류는 접합의 크기, 전기장의 크기, 역바이어스의 크기 와 무관하므로, 역포화전류를 증폭기의 종속전류원으로 쓸 수 있다. 그러나 크기가 작으므로 소수캐리어의 발생율을 증가시켜 전류 크기를 키워야한다. 소수캐리어의 발생율을 증가시키는 방법 중 가장 편리한 것은 forward bias 걸린 p+n junction을 통하여 hole을 injection 하는 것이다. 이 때 주입된 hole이 n 지역에서 재결합하지 않고 reverse bias된 접합의 전이지역으로 확산할 수 있어야 한다.

% 순방향 다이오드와 역방향 다이오드를 접합하여 구성한 증폭기 = 바이폴라 접합 트랜지스터 (출력전류) (입력전류) (입력전류) (출력전압) (입력전압) E B C 순방향을 걸어준 PN접합에서 확산에 의하여 지수함수적으로 크게 증가하는 전류를 역방향을 걸어준 PN접합에 의하여 표류에 의하여 출력전압의 크기에 상관없이 일정한 크기로 뽑아낸다.

(3) pnp bipolar junction transistor Emitter : 중앙의 n 형 반도체에 hole을 주입하는 p 형 반도체 Base : 중앙의 n 형 반도체 Collector : hole을 수집하는 reverse biased junction의 p 형 반도체 E B C

(4) 좋은 pnp transistor의 요건 Emitter에서 주입된 대부분의 hole이 base에서의 재결합 없이 collector 지역으로 가야한다. Emitter junction을 지나는 전류 IE는 Base로 주입되는 hole로 대부분 구성되어야지, Base에서 emitter로 흐르는 전자로 구성되면 안된다(p+n 구조로 만듬).

% 바이폴라 트랜지스터 내부의 모든 전류 성분 Hole (5)호올 6)전자 (2)Recombination에 의한 손실 Hole (1)Collector junction에 도달하는 hole (5)호올 6)전자 (4)Emitter로 Inject된 electron (3)Base전극에서 공급된 전자(hole과 재결합용 [1] IB가 필요한 이유 ? N형의 base 지역에 전자가 소멸되어므로 전자가 흘러들어가 보충되어야하기 때문 [2] IB의 주요 3성분 가) Emitter에서 주입된 hole이 base의 전자와 결합하여 소멸하므로 전자를 재공급(3) 나) Base에서 Emitter로 전자가 확산하여 소멸되므로 전자를 재공급하기 위한 전자(4) 다) Collector에서 base로 열발생에 의한 소수캐리어 전자가 휩쓸려가서 base에 공급되는 전자(6)

(6) BJT 의 3가지 동작 모드 1)Active mode 조건 : B~E : forward bias, B~C : reverse bias 뜻 : 정상적인 아날로그 트랜지스터로 동작 2)Cut off mode 조건 : B~E : reverse bias, B~C : reverse bias 뜻 : 양쪽 접합이 역바이어스되어 Base로 전혀 소수캐리어를 주입하지 못하 며, 컬렉터 전류가 0이다. 특징 : 디지털 논리에서 ‘1’의 출력으로 쓰임. 3)Saturation mode 조건 : B~E : forward bias, B~C : forward bias 뜻 : 양쪽 접합이 forward bias 되어 양쪽 접합에서 다량의 소수 캐리어를 주입 특징 : 베이스전류가 증가하여도 더 이상 컬렉터 전류가 증가하지 않음 컬렉터~이미터 간의 전압강하가 0에 가까움. 디지털 논리에서 ‘0’으로 쓰임.

3.2 트랜지스터의 구조 N P N P N P (NPN) (PNP) Bipolar : hole 과 electron이 모두 참여

§1. 공통베이스 회로 용도 : 증폭기 입력단 PNP NPN 공통베이스 단락회로 증폭률 B~E : 순방향 C~B : 역방향 (+) E C (-) (-) E C (+) (-) B (+) (+) B (-) 입력 : 이미터 출력 : 컬렉터 공통 : 베이스 공통베이스 단락회로 증폭률 B~E : 순방향 C~B : 역방향 1)Active Region B~E : 역방향 C~B : 역방향 2)Cutoff Region B~E : 순방향 C~B : 순방향 3)Saturation Region

§2. 공통이미터 회로(Common Emitter Circuit) (+) B (P) (N) (-) E C NPN (-) B (N) (P) (+) E C PNP 50~400의 범위 공통이미터 순방향 전류 증폭률 % 용도 : 증폭기 용도로 가장 많이 이용 입력 : 베이스 출력 : 콜렉터 공통 : 이미터

§ 3 공통컬렉터 회로(Emitter Follower) 용도 : 입,출력을 분리하는 버퍼용 증폭기 출력단 PNP NPN E E (N) B B (P) C C (N) 입력 : 베이스 출력 : 이미터 공통 : 컬렉터 특성: