- 트랜지스터는 무엇입니까?
- 트랜지스터는 무엇으로 구성됩니까?
- 트랜지스터는 어떻게 작동합니까?
- 다양한 유형의 트랜지스터 :
- 바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT)
- 트랜지스터 구성이란 무엇입니까?
- 전계 효과 트랜지스터 (FET) :
- 접합 전계 효과 트랜지스터 (JFET)
- 금속 산화물 전계 효과 트랜지스터 (MOSFET) :
- 트랜지스터 바이어스 모드 :
- 트랜지스터의 응용
우리의 뇌는 사물을 생각하고 기억하는 데 사용되는 뉴런이라고 불리는 1,000 억 개의 세포로 구성되어 있습니다. 컴퓨터와 마찬가지로 트랜지스터 라는 이름의 수십억 개의 작은 뇌 세포가 있습니다. 실리콘이라는 모래에서 추출한 화학 원소로 구성되어 있습니다. 트랜지스터는 반세기 전에 John Bardeen, Walter Brattain 및 William Shockley가 설계했기 때문에 전자 이론을 근본적으로 변화시킵니다.
그래서 우리는 그들이 어떻게 작동하는지 또는 실제로 무엇인지 알려줄 것입니다.
트랜지스터는 무엇입니까?
이러한 장치는 증폭 또는 스위칭 목적으로 일반적으로 사용되는 반도체 재료로 구성되며 전압 및 전류의 흐름을 제어하는데도 사용할 수 있습니다. 또한 입력 신호를 범위 출력 신호로 증폭하는 데 사용됩니다. 트랜지스터는 일반적으로 반도체 재료로 구성된 고체 전자 장치입니다. 전자의 추가에 의해 전류 순환이 변경 될 수 있습니다. 이 프로세스는 전압 변동을 가져와 출력 전류의 비례 적으로 많은 변동에 영향을 미치고 증폭을 발생시킵니다. 전부는 아니지만 대부분의 전자 장치에는 하나 이상의 유형의 트랜지스터가 포함되어 있습니다. 트랜지스터 중 일부는 개별적으로 배치되거나 일반적으로 상태 애플리케이션에 따라 달라지는 집적 회로에 배치됩니다.
"트랜지스터는 3 개의 다리 곤충 유형 구성 요소로, 일부 장치에는 단독으로 배치되지만 컴퓨터에서는 작은 마이크로 칩에 수백만 개의 숫자로 포장되어 있습니다."
트랜지스터는 무엇으로 구성됩니까?
트랜지스터는 전류를 유지할 수있는 3 개의 반도체 층으로 구성됩니다. 실리콘 및 게르마늄과 같은 전기 전도 물질은 플라스틱 와이어로 둘러싸인 도체와 절연체 사이에 전기를 전달할 수 있습니다. 반도체 물질은 반도체 도핑이라고하는 화학적 절차에 의해 처리됩니다. 실리콘이 비소, 인 및 안티몬으로 도핑되면 N 형 또는 네거티브 반도체 로 알려진 전자와 같은 추가 전하 캐리어를 얻을 수있는 반면 실리콘에 붕소, 갈륨, 알루미늄과 같은 다른 불순물이 도핑되면 더 적은 전하 캐리어, 즉 정공이 P 형 또는 포지티브 반도체 로 알려져 있습니다.
트랜지스터는 어떻게 작동합니까?
작동 개념은 트랜지스터를 사용하는 방법 또는 작동 방식을 이해하는 주요 부분입니다. 트랜지스터에는 세 개의 단자가 있습니다.
• 베이스: 트랜지스터 전극에베이스를 제공합니다.
• Emitter: 이것에 의해 방출되는 전하 캐리어.
• Collector: 수집 된 전하 캐리어.
트랜지스터가 NPN 유형 인 경우 0.7v의 전압을 적용하여 트리거하고 기본 핀에 적용된 전압이 순방향 바이어스 상태 인 트랜지스터가 켜지고 전류가 컬렉터를 통해 이미 터로 흐르기 시작합니다 (포화라고도 함). 부위). 트랜지스터가 역 바이어스 상태 이거나 기본 핀이 접지되었거나 전압이없는 경우 트랜지스터는 OFF 상태로 유지되며 콜렉터에서 이미 터 (차단 영역이라고도 함)로 전류가 흐르지 않습니다.
는 IF 트랜지스터가 PNP 타입이다, 그것은 일반적으로 ON 상태뿐만 아니라 기본 핀이 완전히 접지 도착까지 완벽하게라고 할 수 있습니다. 베이스 핀을 접지 한 후 트랜지스터는 역 바이어스 상태가 되거나 켜진다 고합니다. 기본 핀에 공급되는 전원은 컬렉터에서 이미 터로 전류를 전도하는 것을 중지하고 트랜지스터는 OFF 상태 또는 순방향 바이어스 상태에 있습니다.
트랜지스터를 보호하기 위해 저항을 직렬로 연결하고 해당 저항의 값을 찾기 위해 아래 공식을 사용합니다.
R B = V BE / I B
다양한 유형의 트랜지스터:
주로 트랜지스터를 BJT (Bipolar Junction Transistor) 와 FET (Field Effect Transistor)의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 또한 다음과 같이 나눌 수 있습니다.
바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT)
바이폴라 접합 트랜지스터는베이스, 이미 터 및 콜렉터의 세 가지 단자가있는 도핑 된 반도체로 구성됩니다. 이 절차에서는 정공과 전자가 모두 관련됩니다. 콜렉터로 전달되는 많은 양의 전류가베이스에서 이미 터 단자로 작은 전류를 수정하여 이미 터로 전환됩니다. 이를 전류 제어 장치 라고도 합니다. NPN 과 PNP 는 앞에서 논의했듯이 BJT의 두 가지 주요 부분입니다. BJT는 모든 트랜지스터에 대해 가장 낮은 임피던스를 갖기 때문에베이스에 입력을 제공하여 켜집니다. 증폭은 또한 모든 트랜지스터에서 가장 높습니다.
BJT 의 유형은 다음과 같습니다.
1. NPN 트랜지스터:
NPN 트랜지스터 중간 영역 즉,베이스는 p 형이고 2 개의 외부 영역 즉, 이미 터와 콜렉터는 n 형입니다.
순방향 활성 모드에서 NPN 트랜지스터는 바이어스됩니다. dc 소스 Vbb 에 의해베이스-이미 터 접합이 순방향 바이어스됩니다. 따라서이 접합부에서 공핍 영역이 감소합니다. 컬렉터 대베이스 접합은 역 바이어스되고 컬렉터 대베이스 접합 공핍 영역은 증가합니다. 대부분의 전하 캐리어는 n 형 이미 터의 전자입니다. 베이스 에미 터 접합은 순방향 바이어스되어 전자가베이스 영역으로 이동합니다. 따라서 이것은 이미 터 전류 Ie를 유발합니다. 베이스 영역은 얇고 정공, 전자-정공 조합이 형성되고 일부 전자는베이스 영역에 남아 있습니다. 이것은 매우 작은 베이스 전류 Ib를 유발합니다.. 베이스 컬렉터 접합은베이스 영역의 정공과 컬렉터 영역의 전자에 역방향 바이어스되지만베이스 영역의 전자에 순방향 바이어스됩니다. 콜렉터 단자에 끌린베이스 영역의 나머지 전자는 콜렉터 전류 Ic를 유발 합니다. NPN 트랜지스터에 대한 자세한 내용은 여기에서 확인하십시오.
2. PNP 트랜지스터:
PNP 트랜지스터 중간 영역 즉,베이스는 n 형이고 2 개의 외부 영역 즉, 콜렉터와 에미 터는 p 형입니다.
위에서 NPN 트랜지스터에서 논의했듯이 활성 모드에서도 작동합니다. 대부분의 전하 캐리어는 p 형 이미 터용 구멍입니다. 이러한 구멍의 경우 기본 이미 터 접합이 순방향 바이어스되고 기본 영역으로 이동합니다. 이로 인해 이미 터 전류 Ie가 발생합니다. 베이스 영역은 얇고 전자에 의해 가볍게 도핑되고 전자-홀 조합이 형성되고 일부 홀은베이스 영역에 남아 있습니다. 이것은 매우 작은 베이스 전류 Ib를 야기 합니다. 베이스 컬렉터 접합은베이스 영역의 홀과 컬렉터 영역의 홀에 역방향으로 바이어스되지만베이스 영역의 홀에 순방향 바이어스됩니다. 콜렉터 단자가 끌어 당기는베이스 영역의 나머지 구멍은 콜렉터 전류 Ic를 유발합니다. 여기에서 PNP 트랜지스터에 대해 자세히 알아보십시오.
트랜지스터 구성이란 무엇입니까?
일반적으로 구성에는 세 가지 유형이 있으며 이득에 대한 설명은 다음과 같습니다.
CB (Common Base) 구성: 전류 이득은 없지만 전압 이득이 있습니다.
CC (Common Collector) 구성: 전류 이득은 있지만 전압 이득은 없습니다.
CE (Common Emitter) 구성: 전류 이득과 전압 이득이 모두 있습니다.
트랜지스터 공통베이스 (CB) 구성:
이 회로에서베이스는 입력과 출력 모두에 공통으로 배치됩니다. 입력 임피던스가 낮습니다 (50-500 옴). 높은 출력 임피던스 (1 ~ 10 메가 옴)를 가지고 있으며,베이스 단자에 대해 측정 된 전압입니다. 따라서 입력 전압과 전류는 Vbe & Ie가되고 출력 전압과 전류는 Vcb & Ic가됩니다.
- 전류 이득은 1보다 작습니다. 즉, alpha (dc) = Ic / Ie
- 전압 이득이 높아집니다.
- 전력 이득은 평균입니다.
트랜지스터 공통 이미 터 (CE) 구성:
이 회로에서 이미 터는 입력과 출력 모두에 공통으로 배치됩니다. 입력 신호는베이스와 이미 터 사이에 적용되고 출력 신호는 콜렉터와 이미 터 사이에 적용됩니다. Vbb 및 Vcc는 전압입니다. 높은 입력 임피던스, 즉 (500-5000 옴)을 가지고 있습니다. 낮은 출력 임피던스, 즉 (50-500 킬로 옴)을 가지고 있습니다.
- 전류 이득은 높을 것입니다 (98) 즉, beta (dc) = Ic / Ie
- 전력 이득은 최대 37db입니다.
- 출력은 180도 위상차가됩니다.
트랜지스터 공통 수집기 구성:
이 회로에서 콜렉터는 입력과 출력 모두에 공통으로 배치됩니다. 이미 터 팔로워라고도합니다. 입력 임피던스가 높고 (150 ~ 600 킬로 옴), 출력 임피던스가 낮습니다 (100 ~ 1000 옴).
- 전류 이득이 높을 것입니다 (99).
- 전압 이득은 1보다 작습니다.
- 전력 이득은 평균입니다.
전계 효과 트랜지스터 (FET):
전계 효과 트랜지스터는 소스, 게이트, 드레인과 같은 세 영역을 포함합니다. 전압 레벨을 제어하기 때문에 전압 제어 장치 라고 합니다. 전기적 동작을 제어하기 위해 외부에서 적용되는 전기장을 선택할 수 있으므로 전계 효과 트랜지스터 라고 합니다. 여기에서 전류는 대부분의 전하 캐리어 즉, 전자로 인해 흐릅니다. 따라서 단극 트랜지스터 라고도합니다. 그것은 주로 전기장에 의해 제어되는 드레인과 소스 사이의 낮은 주파수 전도도와 함께 메가 옴 단위의 높은 입력 임피던스를 가지고 있습니다. FET는 매우 효율적이고 강력하며 비용이 저렴합니다.
전계 효과 트랜지스터는 접합 전계 효과 트랜지스터 (JFET) 와 금속 산화물 전계 효과 트랜지스터 (MOSFET) 의 두 가지 유형이 있습니다 . 전류는 n-channel 및 p-channel 이라는 두 채널 사이를 통과 합니다.
접합 전계 효과 트랜지스터 (JFET)
접합 전계 효과 트랜지스터는 PN 접합이 없지만 높은 저항률의 반도체 재료 대신 드레인 또는 소스 터미널 중 하나 인 두 개의 단자가있는 대부분의 전하 캐리어의 흐름을 위해 n & p 유형 실리콘 채널을 형성합니다. n 채널에서 전류 흐름은 음수이고 p 채널에서는 전류 흐름이 양수입니다.
JFET의 작동:
JFET에는 n 채널 JFET 및 p 채널 JFET라는 두 가지 유형의 채널이 있습니다.
N 채널 JFET:
여기서 우리는 다음과 같은 두 가지 조건에 대한 n- 채널 JFET의 주요 동작에 대해 논의해야합니다.
첫째, Vgs = 0 일 때 , Vds 가 양인 드레인 단자에 작은 양의 전압을 적용 합니다. 이인가 된 전압 Vds 로 인해, 전자가 소스에서 드레인으로 흐르면 드레인 전류 Id가 발생 합니다. 드레인과 소스 사이의 채널은 저항으로 작용합니다. n- 채널을 균일하게하십시오. 드레인 전류 Id에 의해 서로 다른 전압 레벨이 설정되고 소스에서 드레인으로 이동합니다. 전압은 드레인 단자에서 가장 높고 소스 단자에서 가장 낮습니다. 드레인은 역 바이어스되므로 여기에서 공 핍층이 더 넓습니다.
Vds 증가, Vgs = 0V
공 핍층이 증가하고 채널 폭이 감소합니다. Vds는 두 개의 공핍 영역이 접촉하는 레벨에서 증가합니다.이 조건은 핀치 오프 프로세스로 알려져 있으며 핀치 오프 전압 Vp를 유발 합니다.
여기서 Id pinched –off는 0 MA로 떨어지고 Id는 포화 수준에 도달합니다. 이드 와 의 Vgs = 0 이라고 드레인 소스 포화 전류 (IDSS). Vds 는 전류 Id가 동일하게 유지되고 JFET가 정전류 소스로 작동하는 Vp 에서 증가 합니다.
둘째, Vgs가 0이 아닐 때 , 음의 Vgs를 적용하고 Vds는 다양합니다. 공핍 영역의 폭이 증가하고 채널이 좁아지고 저항이 증가합니다. 더 적은 드레인 전류가 흐르고 포화 수준까지 도달합니다. 음의 Vgs로 인해 포화 수준이 감소하고 Id가 감소합니다. 핀치 오프 전압이 지속적으로 떨어집니다. 따라서 전압 제어 장치라고합니다.
JFET의 특성:
특성은 다음과 같이 다른 지역을 보여줍니다.
저항 영역: Vgs = 0, 공 핍층이 작습니다.
차단 영역: 채널 저항이 최대이므로 핀치 오프 영역이라고도합니다.
포화 또는 활성 영역: 드레인 소스 전압이 더 낮은 게이트 소스 전압에 의해 제어됩니다.
고장 영역: 드레인과 소스 사이의 전압이 높기 때문에 저항성 채널의 고장이 발생합니다.
P- 채널 JFET:
p- 채널 JFET는 n- 채널 JFET와 동일하게 작동하지만 몇 가지 예외가 발생했습니다. 즉, 홀로 인해 채널 전류가 양수입니다. 바이어스 전압 극성을 반전해야합니다.
활성 영역의 드레인 전류:
Id = Idss
드레인 소스 채널 저항: Rds = delta Vds / delta Id
금속 산화물 전계 효과 트랜지스터 (MOSFET):
금속 산화물 전계 효과 트랜지스터는 전압 제어 전계 효과 트랜지스터라고도합니다. 여기서, 금속 산화물 게이트 전자는 유리로 불리는 이산화 규소의 얇은 층에 의해 n- 채널 및 p- 채널로부터 전기적으로 절연됩니다.
드레인과 소스 사이의 전류는 입력 전압에 정비례합니다.
이것은 게이트, 드레인 및 소스의 3 단자 장치입니다. 채널의 기능에 따라 두 가지 유형의 MOSFET이 있습니다. 즉, p- 채널 MOSFET 및 n- 채널 MOSFET입니다.
금속 산화물 전계 효과 트랜지스터에는 공핍 유형과 향상 유형의 두 가지 형태가 있습니다.
공핍 유형: Vgs가 필요합니다. 즉, 스위치를 끄려면 게이트 소스 전압이 필요하며 공핍 모드는 일반적으로 닫힌 스위치와 같습니다.
Vgs = 0, Vgs가 양수이면 전자가 더 많고 Vgs가 음수이면 전자가 적습니다.
Enhancement Type: Vgs가 필요합니다. 즉, 스위치를 켜려면 게이트 소스 전압이 필요합니다.
여기서 추가 단자는 접지에 사용되는 기판 입니다.
게이트 소스 전압 (Vgs)이 임계 전압 (Vth)보다 큽니다.
트랜지스터 바이어스 모드:
바이어 싱은 순방향 바이어스와 역방향 바이어스 의 두 가지 방법으로 수행 할 수 있지만 바이어스에 따라 다음과 같은 네 가지 바이어스 회로가 있습니다.
고정베이스 바이어스 및 고정 저항 바이어스:
그림에서베이스 저항 Rb는베이스와 Vcc 사이에 연결됩니다. 베이스 에미 터 접합은 전압 강하 Rb로 인해 순방향 바이어스되어이를 통해 Ib가 흐르게됩니다. 여기서 Ib는 다음에서 얻습니다.
Ib = (Vcc-Vbe) / Rb
이로 인해 안정성 계수 (베타 +1)가 발생하여 열 안정성이 낮아집니다. 여기 전압과 전류의 표현 즉, Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = 베타 Ib Ie = Ic
수집기 피드백 편향:
이 그림에서베이스 저항 Rb는 트랜지스터의 컬렉터와베이스 단자에 연결되어 있습니다. 그러므로베이스 전압 Vb와 콜렉터 전압 Vc는 이것에 의해 서로 유사합니다.
Vb = Vc-IbRb 여기서, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc
이 방정식에 의해 Ic 는 Vc 를 감소시켜 Ib 를 감소시키고 자동으로 Ic를 감소시킵니다.
여기서 (베타 +1) 계수는 1보다 작고 Ib는 증폭기 이득을 감소시킵니다.
따라서 전압과 전류는 다음과 같이 주어질 수 있습니다.
Vb = Vbe Ic = 베타 Ib Ie는 Ib와 거의 같습니다.
이중 피드백 바이어스:
이 그림에서는 컬렉터 피드백 기반 회로에 대한 수정 된 형태입니다. 안정성을 높이는 추가 회로 R1이 있습니다. 따라서 기본 저항의 증가는 베타 즉 이득의 변화로 이어집니다.
지금, I1 = 0.1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = 베타 Ib Ie는 Ic와 거의 같습니다.
이미 터 저항이있는 고정 바이어스:
이 그림에서는 고정 바이어스 회로와 동일하지만 추가 에미 터 저항 Re가 연결되어 있습니다. Ic는 온도로 인해 증가하고 Ie도 증가하여 Re에서 전압 강하가 다시 증가합니다. 이는 Vc를 감소시키고 Ib를 감소시켜 iC를 정상 값으로 되돌립니다. Re가 있으면 전압 이득이 감소합니다.
지금, Ve = Ie Re Vc = Vcc – Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = 베타 Ib Ie는 Ic와 거의 같습니다.
이미 터 바이어스:
이 그림에서 두 개의 공급 전압 Vcc와 Vee는 같지만 극성이 반대입니다. 여기서 Vee는 Re에 의해베이스 이미 터 접합으로 순방향 바이어스되고 Vcc는 콜렉터베이스 접합으로 역 바이어스됩니다.
지금, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = 베타 Ib Ie는 Ib와 거의 같습니다. 여기서, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe
안정적인 작동 지점을 제공합니다.
이미 터 피드백 바이어스:
이 그림에서는 더 높은 안정성을 위해 컬렉터를 피드백 및 이미 터 피드백으로 사용합니다. 에미 터 전류 Ie의 흐름으로 인해 에미 터 저항 Re에서 전압 강하가 발생하므로 에미 터베이스 접합은 순방향 바이어스가됩니다. 여기에서 온도가 증가하고 Ic가 증가하고 Ie도 증가합니다. 이로 인해 Re에서 전압 강하가 발생하고 콜렉터 전압 Vc가 감소하고 Ib도 감소합니다. 결과적으로 출력 이득이 감소합니다. 표현식은 다음과 같이 주어질 수 있습니다.
Irb = 0.1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0.1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I 1 R1 = Vc- (I 1 + Ib0Rb) Ic = 베타 Ib Ie 거의 동일 내가 c에
전압 분배기 바이어스:
이 그림에서는 전압 분배기 형태의 저항 R1 및 R2를 사용하여 트랜지스터를 바이어스합니다. R2에서 형성되는 전압은베이스-이미 터 접합을 순방향 바이어스 할 때베이스 전압이됩니다. 여기에서 I2 = 10Ib입니다.
이것은 전압 분배기 전류를 무시하고 베타 값의 변화가 발생합니다.
Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve
Ic는 베타 및 Vbe의 변화에 저항하여 1의 안정성 계수를 가져옵니다.이 경우 Ic는 온도 증가에 따라 증가하고, Ie는 이미 터 전압 Ve 증가에 따라 증가하여베이스 전압 Vbe를 감소시킵니다. 이로 인해 기본 전류 ib 및 ic가 실제 값으로 감소합니다.
트랜지스터의 응용
- 대부분의 부품에 사용되는 트랜지스터는 전압 및 전력 증폭기와 같은 전자 애플리케이션에 사용됩니다.
- 많은 회로에서 스위치로 사용됩니다.
- 디지털 논리 회로, 즉 AND, NOT 등을 만드는 데 사용됩니다.
- 트랜지스터는 컴퓨터의 스토브 탑과 같은 모든 것에 삽입됩니다.
- 마이크로 프로세서에서 수십억 개의 트랜지스터가 집적 된 칩으로 사용됩니다.
- 초기에는 라디오, 전화 장비, 보청기 등에 사용되었습니다.
- 또한 큰 크기의 진공관에서 더 일찍 사용됩니다.
- 마이크에서도 사운드 신호를 전기 신호로 변경하는 데 사용됩니다.