최초의 바이폴라 접합 트랜지스터는 1947 년 Bell 연구소에서 개발되었습니다. "두 극성"은 바이폴라로 줄여서 이름이 바이폴라 접합 트랜지스터 입니다. BJT 는 Collector (C), Base (B) 및 Emitter (E)가있는 3 개의 터미널 장치입니다. 트랜지스터의 단자를 식별하려면 특정 BJT 부품의 핀 다이어그램이 필요하며 데이터 시트에서 확인할 수 있습니다. BJT- NPN 및 PNP 트랜지스터 에는 두 가지 유형이 있습니다. 이 튜토리얼에서는 NPN 트랜지스터에 대해 설명합니다. 위의 이미지에 표시된 NPN 트랜지스터 의 두 가지 예인 BC547A 및 PN2222A를 고려해 보겠습니다.
제조 프로세스에 따라 핀 구성이 변경되고 세부 정보는 해당 데이터 시트에서 확인할 수 있습니다. 트랜지스터의 정격 전력이 증가함에 따라 필요한 히트 싱크를 트랜지스터 본체에 부착해야합니다. 바이어스되지 않은 트랜지스터 또는 단자에 전위가 적용되지 않은 트랜지스터는 아래 그림과 같이 연속적 으로 연결된 두 개의 다이오드와 유사 합니다.
다이오드 D1은 다이오드 D2의 순방향 전도에 기초한 역 전도 특성을 갖는다. 전류가 다이오드 D2를 통해 흐를 때, 다이오드 D1은 전류를 감지하고 더 높은 전위가 컬렉터 단자에 적용되는 경우 비례 전류가 컬렉터 단자에서 이미 터 단자로 역방향으로 흐를 수 있습니다. 비례 상수는 게인 (β)입니다.
NPN 트랜지스터의 작동:
위에서 논의한 바와 같이, 트랜지스터는 공 핍층을 확산시키는 데 필요한 특정 장벽 전위를 가진 2 개의 공 핍층을 갖는 전류 제어 장치입니다. 실리콘 트랜지스터의 장벽 전위는 25 ° C에서 0.7V이고 게르마늄 트랜지스터의 경우 25 ° C에서 0.3V입니다. 실리콘은 산소 다음으로 지구상에서 가장 풍부한 원소이기 때문에 일반적으로 사용되는 트랜지스터 유형은 실리콘 유형입니다.
내부 작업:
npn 트랜지스터 의 구성은 컬렉터 및 에미 터 영역이 n 형 재료로 도핑되고베이스 영역이 p 형 재료의 작은 층으로 도핑된다는 것입니다. 이미 터 영역은 컬렉터 영역과 비교할 때 심하게 도핑됩니다. 이 세 영역은 두 개의 접합을 형성합니다. 콜렉터-베이스 접합 (CB)과베이스-이미 터 접합입니다.
0V에서 증가하는 Base-Emitter 접합에 전위 VBE가 적용되면 전자와 정공이 공핍 영역에서 축적되기 시작합니다. 전위가 0.7V 이상으로 증가하면 장벽 전압에 도달하고 확산이 발생합니다. 따라서 전자는 양의 단자를 향해 흐르고 기본 전류 흐름 (IB)은 전자 흐름과 반대입니다. 또한 컬렉터 단자에 전압 VCE가 적용되면 컬렉터에서 이미 터로 전류가 흐르기 시작합니다. 트랜지스터는 스위치 및 증폭기 역할을 할 수 있습니다.
작동 영역 대 작동 모드:
1. 활성 영역, IC = β × IB – 증폭기 작동
2. 포화 영역, IC = 포화 전류 – 스위치 작동 (완전 ON)
3. 차단 영역, IC = 0 – 스위치 작동 (완전히 꺼짐)
스위치로서의 트랜지스터:
PSPICE 모델로 설명하기 위해 BC547A가 선택되었습니다. 가장 먼저 염두에 두어야 할 중요한 것은베이스에서 전류 제한 저항을 사용하는 것입니다. 더 높은베이스 전류는 BJT를 손상시킵니다. 데이터 시트에서 최대 콜렉터 전류는 100mA이고 해당 게인 (hFE 또는 β)이 제공됩니다.
구성 요소를 선택하는 단계, 1. 부하에 의해 소비되는 전류를 수집기 전류 wiz를 찾습니다. 이 경우 60mA (릴레이 코일 또는 병렬 LED) 및 저항 = 200 Ohms입니다.
2. 트랜지스터를 포화 상태로 구동하려면 트랜지스터가 완전히 ON 상태가되도록 충분한베이스 전류를 공급해야합니다. 베이스 전류와 사용할 해당 저항을 계산합니다.
완전한 포화를 위해베이스 전류는 대략 0.6mA (너무 높거나 낮지 않음)입니다. 따라서 아래는 스위치가 OFF 상태 인 동안베이스에 0V가있는 회로입니다.
a) 스위치로서 BJT의 PSPICE 시뮬레이션 및 b) 동등한 스위치 조건
이론적으로 스위치는 완전히 열려 있지만 실제로는 누설 전류 흐름을 관찰 할 수 있습니다. 이 전류는 pA 또는 nA에 있기 때문에 무시할 수 있습니다. 전류 제어에 대한 이해를 높이기 위해 트랜지스터는베이스 (B)를 통과하는 전류에 따라 저항이 달라지는 콜렉터 (C)와 이미 터 (E)의 가변 저항으로 간주 할 수 있습니다.
처음에는 전류가베이스를 통해 흐르지 않을 때 CE의 저항이 매우 높아서 전류가 흐르지 않습니다. 0.7V 이상의 전위가베이스 단자에 적용되면 BE 접합이 확산되고 CB 접합이 확산됩니다. 이제 전류는 게인에 따라 컬렉터에서 이미 터로 흐릅니다.
a) 스위치로서 BJT의 PSPICE 시뮬레이션 및 b) 동등한 스위치 조건
이제베이스 전류를 제어하여 출력 전류를 제어하는 방법을 살펴 보겠습니다. IC = 42mA를 고려하고 위의 동일한 공식을 따르면 IB = 0.35mA가됩니다. RB = 14.28kOhms ≈ 15kOhms.a) 스위치로서 BJT의 PSPICE 시뮬레이션 및 b) 동등한 스위치 조건
계산 된 값에서 실제 값의 변화는 트랜지스터의 전압 강하와 사용되는 저항 부하 때문입니다.
증폭기로서의 트랜지스터:
증폭은 약한 신호를 사용 가능한 형태로 변환하는 것입니다. 증폭 과정은 무선 전송 신호, 무선 수신 신호, MP3 플레이어, 휴대폰 등과 같은 많은 응용 분야에서 중요한 단계였습니다. 트랜지스터는 다양한 구성에서 전력, 전압 및 전류를 증폭 할 수 있습니다.
증폭기 회로에 사용되는 구성 중 일부는 다음과 같습니다.
- 공통 이미 터 증폭기
- 공통 컬렉터 증폭기
- 공통베이스 앰프
위의 유형 중 일반적인 이미 터 유형은 널리 사용되며 가장 많이 사용되는 구성입니다. 작동은 활성 영역에서 발생하며, 단일 스테이지 공통 이미 터 증폭기 회로가 그 예입니다. 안정적인 DC 바이어스 포인트와 안정적인 AC 이득은 증폭기를 설계하는 데 중요합니다. 하나의 트랜지스터 만 사용되는 경우 단일 스테이지 증폭기라는 이름입니다.
위는 베이스 단자에인가 된 약한 신호가 컬렉터 단자에서 실제 신호의 β 배로 변환되는 1 단 증폭기 회로 입니다.
부분 목적:
CIN은 입력 신호를 트랜지스터의베이스에 연결하는 커플 링 커패시터입니다. 따라서이 커패시터는 트랜지스터에서 소스를 분리하고 AC 신호 만 통과하도록합니다. CE는 증폭 된 신호에 대한 낮은 저항 경로 역할을하는 바이 패스 커패시터입니다. COUT은 트랜지스터 콜렉터의 출력 신호를 연결하는 커플 링 커패시터입니다. 따라서이 커패시터는 트랜지스터의 출력을 분리하고 AC 신호 만 통과하도록합니다. R2와 RE는 증폭기에 안정성을 제공하는 반면 R1과 R2는 전위 분배기 역할을하여 DC 바이어스 지점에서 안정성을 보장합니다.
조작:
회로는 각 시간 간격에 대해 순간적으로 작동합니다. 간단히 이해하면베이스 단자의 AC 전압이 증가하면 이에 상응하는 전류 증가가 이미 터 저항을 통해 흐릅니다. 따라서 에미 터 전류의 이러한 증가는 VCE 콜렉터 에미 터 드롭을 감소시키는 트랜지스터를 통해 흐르는 더 높은 콜렉터 전류를 증가시킵니다. 마찬가지로 입력 AC 전압이 기하 급수적으로 감소하면 이미 터 전류의 감소로 인해 VCE 전압이 증가하기 시작합니다. 이러한 전압의 모든 변화는 입력의 반전 된 파형이지만 증폭 된 출력에 즉시 반영됩니다.
형질 |
공통 자료 |
공통 이미 터 |
공통 수집기 |
전압 이득 |
높은 |
매질 |
낮은 |
현재 이득 |
낮은 |
매질 |
높은 |
전력 이득 |
낮은 |
매우 높음 |
매질 |
표: 이득 비교표
위의 표를 기반으로 해당 구성을 활용할 수 있습니다.