제 11 장 트랜지스터(Transistors)

Presentation on theme: "제 11 장 트랜지스터(Transistors)"— Presentation transcript:

1 제 11 장 트랜지스터(Transistors)
11.1 쌍극성 트랜지스터 11.2 BJT의 동작원리 11.3 BJT의 전압-전류특성 11.4 BJT 기본 증폭기 11.5 BJT 바이어스 회로 11.6 BJT 실제특성 11.7 전계효과 트랜지스터 Willam Shockley 2007년 1학기 전기전자공학개론

2 세계 최초의 Bipolar Junction Tr., 1948
트랜지스터의 개발 1947년 Willam Shockley등이 트랜지스터 발명하면서 전자공학은 진공관 시대로부터 실리콘 웨이퍼를 사용한 고밀도 집적회로로 전환된다 쌍극성(Bipolar) 트랜지스터 세 개의 반도체를 연속 접속하여 두 개의 PN 접합을 갖는 구조 PNP형/NPN형 단극성 트랜지스터-하나의 PN접합을 이용, 전계효과 트랜지스터(FET) 세계 최초의 트랜지스터, 1947 세계 최초의 Bipolar Junction Tr., 1948 2007년 1학기 전기전자공학개론

3 쌍극성 트랜지스터(BJT) Bipolar Junction Transistor세 개의 반도체를 연속 접합 시킨 구조의 트랜지스터
각 반도체에 연결된 단자의 명칭: 이미터(emitter), 컬렉터(collector), 베이스(base) NPN형 트랜지스터 PNP형 트랜지스터 2007년 1학기 전기전자공학개론

4 BJT의 구조 에피텍셜 플라나(epitaxial planar)구조 – PN접합의 3차원 적층구조
NPN 트랜지스터의 도식적 구조 이미터 측의 도핑농도를 컬렉터측에 비해 훨씬 높게 만든다 이미터와 베이스 사이의 결핍층 두께는 컬렉터와 베이스 사이보다 좁다 2007년 1학기 전기전자공학개론

5 BJT의 작동특성 트랜지스터의 활성 트랜지스터의 증폭 트랜지스터에 적절한 바이어스를 가하면 전류가 흐르기 시작한다
트랜지스터에는 두 개의 PN접합이 있으므로 두 개의 바이어스가 필요하다 NPN 트랜지스터의 경우 small VEB에 의해 컬렉터와 이미터 사이의 전위장벽이 제거되고 large VCE 가 흐르게 된다 트랜지스터의 증폭 베이스 전류의 작은 변화는 컬렉터 전류의 매우 큰 변화로 나타나며 이를 증폭이라고 한다. P N E C B + VEB VCB 2007년 1학기 전기전자공학개론

6 BJT의 전압-전류특성 NPN 형 트랜지스터 PNP형 트랜지스터 베이스와 이미터간에 흐르는 전류 IB의 계산
컬렉터와 이미터간에 흐르는 전류 ICE의 계산 I C (max) = V CC R (min) =0 B b 배 컬렉터 전류의 동작 범위 베이스 전류의 2007년 1학기 전기전자공학개론

7 BJT 회로의 출력특성과 부하곡선 입력루프 : 베이스-이미터 간의 루프 출력루프 : 컬렉터-이미터 간의 루프
입력특성 이상화 된 출력특성 IBQ가 결정되면 부하선도의 Q점으로부터 VCE와 IC를 구할 수 있다 2007년 1학기 전기전자공학개론

8 Q점의 의미 교류 소신호 증폭시 바이어스(직류성분)가 없다면 신호는 양의 부분만 증폭된다.
교류전압 vs에 적절한 직류전압 VBB를 합해 항상 vs+VBB>VT가 되게 하면 교류 전 파형에 대한 증폭이 가능하다. 2007년 1학기 전기전자공학개론

9 BJT 등가모델 직류등가회로 교류(소신호)등가회로
직류에 대한 다이오드 특성은 하나의 전압원 VT=0.7V과 컬렉터전류 IC로 등가화 교류(소신호)등가회로 동저항-교류신호에 대한 다이오드 특성은 하나의 저항과 같다 동저항 rd – 베이스/이미터간에 흐르는 직류전류에 반비례 2007년 1학기 전기전자공학개론

10 BJT 증폭회로 직류증폭회로-베이스단으로 입력된 직류전압의 증폭회로 B-E 루프 : C-E 루프 :
교류증폭회로-소신호원 vs에 의해서만 구동되는 회로 직류전압원은 교류에 대해서 단락과 같다 B-E루프에서의 KVL 증폭률 입력과 출력의 전압이 180o 위상차가 난다 2007년 1학기 전기전자공학개론

11 트랜지스터의 바이어스회로 소신호 증폭-트랜지스터 증폭기의 사용목적
바이어스회로 없이는 왜곡 없는 소신호 증폭은 불가능 트랜지스터는 교류신호 중 음의 성분을 증폭할 수 없다 교류 신호+직류(바이어스) : 교류신호의 최소값을 양으로 만들어 증폭 이미터 안정화 바이어스:바이어스를 안정화 시키기 위하여 이미터 단자에 RE접속 고정 바이어스:하나의 전원으로 두 개의 전원기능을 대신할 수 있는 바이어스 회로 전압분배 바이어스:두 개의 저항으로 전원 VCC를 분배하여 베이스전원으로 사용 i C (max) I CQ 0V BQ B 음의 전류성분 증폭 불가능 Q점이 알맞게 선정되어 전 신호 증폭 IB(max)이상의 전류성분 I BQ V CC R 1 C + - E I BQ V CC R 1 2 C 테브닌 등가회로 + - E 2007년 1학기 전기전자공학개론

12 트랜지스터의 실제특성 이상적인 트랜지스터 실제 트랜지스터 트랜지스터의 종류
이상적인 트랜지스터 실제 트랜지스터 트랜지스터의 종류 범용 소신호 트랜지스터-일반적인 스위칭, 소신호 증폭용 전력 트랜지스터-작동기/스피커 구동, 금속 케이스는 컬렉터와 접속되어 방열판의 기능을 겸한다 2 4 6 8 10 12 14 70㎂ 60㎂ 50㎂ 40㎂ 30㎂ 20㎂ 10㎂ v CE (V) i C (㎃) B (㎂) 포화 영역 차단 영역 활성 영역 D = ce c Q 2007년 1학기 전기전자공학개론

13 전계효과 트랜지스터(FET) FET의 종류 단극성 트랜지스터 트랜지스터의 일종이나 내부 구조는 BJT 와 완전히 다르다.
일반적인 쌍극성 트랜지스터와는 달리 한 종류의 캐리어에 의해 전도가 일어난다 하나의 PN접합으로 구성된다 Gate Drain Source 의 3개의 전극으로 구성 이 세가지 단자에 외부 바이어스 전압을 적절히 가함으로서 PN접합부에 형성된 결핍층의 폭을 증감시키면 채널의 폭을 변화시킬 수 있으며 이에 따라 전류의 흐름을 제어할 수 있다 FET의 종류 Depletion 형 : 게이트에 전압을 가하지 않아도 드레인과 소스 사이에 전류가 흐른다 Enhancement 형 : 게이트에 전압을 가하지 않으면 드레인과 소스 사이에 전류가 흐르지 않는다. G D S 드레인 (Drain) 소스 (Source) 게이트 (Gate) N 채널 P Depletion형(N채널 FET) Enhancement형(P채널 FET) G D S IRF520 2007년 1학기 전기전자공학개론

14 FET의 작동특성 N채널 FET 게이트-소스간의 전압 VGS와 드레인 전류 ID 사이의 관계 : 비선형 특성
전자는 소스에서 드레인으로 흐른다 바이어스전압 VGG가 강해지면 결핍층이 늘어 소스와 드레인 사이의 폭이줄어든다 FET에서 PN접합의 기능은 단지 채널의 폭을 조절하는 역할을 수행 게이트-소스간의 전압 VGS와 드레인 전류 ID 사이의 관계 : 비선형 특성 (A) V GS I D DSS (off) (B) (C) (D) 핀치오프전압 2007년 1학기 전기전자공학개론

15 리포트 홈페이지에 게시된 11장 연습문제를 풀어오세요 2007년 1학기 전기전자공학개론