NPN 트랜지스터(TRANSISTER)

[이영권]

반도체

실험 3 : NPN 트랜지스터 (Transister)

【 이론 】

트랜지스터는 두 개의 반도체 접합부를 서로 아주 근접하도록 형성시켜서 만든다. npn트랜지스터는 그림 5-6(a)와 같은 두 개의 n형 물질과 p형 물질로서 구성되어 있다. n형물질의 한 영역을 콜렉터(collector), 그리고 또 다른 n영역은 에미터(emitter), 중앙에 있는 p형 영역은 베이스(base)라고 부른다. 그림 5-6 (b)에서 에미터 단자의 화살표는 트랜지스터가 npn형 또는 pnp형인가에 따라 방향이 바뀐다. 다이오드에서와 마찬가지로 화살표의 앞부분은 에미터와 베이스 사이의 전류의 방향을 나타낸다.

트랜지스터의 에미터가 입력과 출력사이에 공통단자로 되었을 때를 공통에미터(common emitter ; CE)구조라고 부르며, 콜렉터는 출력 단자이고, 베이스는 입력단자가 된다. CE 순방향전류이득은 가장 중요한 트랜지스터특성이며,

$$

beta ~

또는

$$

h_FE

로 표시한다. 여기서는 직류 CE순방향 전류이득은

$$

h_FE

로 표시하며 다음과 같이 정의한다.

$$

h_FE = beta = I_C overI_B

그림 5-7은 CE구조에서 베이스-에미터접합이 순방향 바이어스, 베이스-콜렉터접합이 역방향 바이어스된 회로를 보인 것이다. 그림 5-7의 CE회로의 대표적인 특성곡선을 그림 5-8에 나타내었다.

 

$$

I_B = 20 mu A

및

$$

I_C = 2.2mA

의 Q점 조건에 대한

$$

h_FE

의 계산은 다음과 같이 된다.

$$

h_FE = I_C over I_B = {Δ mA} over {Δ mu A} = 110

 

$$

h_FE

와 함께 CE회로에 대한 교류 전류이득이 자주 사용되는데 이것은 다음과 같이 정의 된다.

$$

h_fe = {Δ I_C } over {Δ I_B} right vert _{{V_CE} =일정} #

그림 5-8에 나타낸 트랜지스터에서 Q점과 A점사이에서의 교류전류이득은 다음과 같이 계산된다.

$$

h_fe = {Δ I_C } over {Δ I_B} right vert _{{V_CE}=일정} ~= {2.2mA-1.5mA} over {20 mu A -10 mu A} = 0.7mA over {10 mu A}=70 #

교류전류이득

$$

h_fe

는 직류전류이득

$$

h_FE

와 중요한 차이를 나타낸다. 이 점에서 CE회로는 교류신호에 대하여 전류이득

$$

h_fe

가 보다 큰 값으로 규정된다는 것을 알 수 있다. 또한 보는 바와 같이 이는 중요한 전압이득을 나타낸다. 작은 신호를 받아서 같은 형태의 큰 신호로 변환할 수 있는 능력은 트랜지스터의 가장 유용한 특성이다. 이러한 과정을 증폭이라고 부른다.

키르히호프의 전류법칙에 의하여 트랜지스터의 전류는 다음과 같이 쉽게 나타낼 수 있다.

$$

I_B = I_E - I_C

베이스전류는 에미터와 콜렉터전류에 비하여 매우 작으며, 두 전류값의 차와 같다. 대부분의 계산에서 에미터와 콜렉터전류는 서로 같다고 가정하여도 무방하다