0. INTRO
트랜지스터는 1947년에 벨 연구소에서 개발되었다. 이 트랜지스터는 양극성(Bipolar)의 접합(Junction) 물질의 집합으로 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistors, BJTs) 라 불린다. 이 BJTs는 신호 잡음이 적고, 적은 전력으로 운용 가능하다는 장점을 가지고 있다.
1. 기본 용어설명
BJTs 트랜지스터에는 컬렉터(Collecter), 이미터(Emitter) 그리고 베이스(Base) 라 불리는 3개의 말단 선이 존재한다. 그리고 P형 반도체, N형 반도체를 이어 붙인 전자기 소자인 BJTs 트랜지스터는 pnp 형 트랜지스터와 npn형 트랜지스터로 나뉜다.
트랜지스터에 대한 기본적 용어로 극성(Polarity), 접합(Junction) 그리고 최대속도(Maximum ratings)가 있다.
이 세 가지 용어를 PNP형 트랜지스터를 기준으로 설명하고자 한다.
A. 극성(Polarity)
먼저 트랜지스터는 컬렉터 C, 이미터, E를 통해서 전기가 흐르거나 흐르지 않는다는 특성을 가지고 있다. C와 E 회로는 전기가 흐르거나 흐르지 않는다는 관점에서 양극을 갖게 된다. 일반적으로 C는 E보다 양극성이 되고 E는 음극을 갖게 된다.
즉, 전류는 C에서 E로 흐른다.
* 일반적으로 Collector는 전하가 모이는 곳, E는 전하가 방출되는 곳이라고 단어의 뜻으로 생각하여 암기하자.
B. 접합(Junctions)
트랜지스터는 C, B, E의 다른 물질들의 접합이다. 이에 따라, C와 B 또한 다이오드 회로를 형성하고, B와 E 접합부 역시 다이오드 회로를 형성한다. 그래서 트랜지스터 소자는 3개의 단자(three-terminal)를 가지는 전자 소자이다. 이 전자 소자는 Base의 상태에 따라서 C와 E의 흐르는 전류의 양이 달라진다.
* 이것에 대해 깊이 알고 싶다면 고체 물리학을 전공해야 한다.
일반적으로 B-E 접합에 해당하는 회로를 전도 회로로 사용한다.
C. 최대 비율(Maximum ratings)
트랜지스터는 물질의 상태에 따라 컬렉터와 베이스에 흐르는 전류인 IC와 IB, 그리고 컬렉터와 이미터 사이에 걸리는 전압인 VCE, 이 세 가지 값의 최대치가 정해진다. 이 값은 트랜지스터의 종류에 따라서 필요하다면 따로 검색하여 알아보기로 하자.
2. 트랜지스터의 증폭과 스위치
A. 트랜지스터의 증폭 기능
IC 는 대략적으로 IB 에 비례하고 다음과 같은 식으로 나타낸다.
여기서 베타는 이득 전류의 계수를 나타낸다.
* 증폭 시 B-C 사이에 걸리는 전압은 역방향 전압을 걸어주어야 한다. 그래야 B의 극성이 음극이 되고 음극 상태가 짙어질수록 C-E 사이에 흐르는 전류의 양이 많아지게 된다.
B. 트랜지스터의 스위치 기능
트랜지스터를 스위치 기능을 하는 회로를 구성 할 수 있는데, 이것은 응용회로에서 엄청난 장점을 가지게 된다. 바로 전류의 신호를 통해서 회로를 차단과 증폭을 할 수 있는 게이트 역할을 하는 것이다.