양극성 트랜지스터
바이폴라 접합 트랜지스터는 스위칭이나 증폭에 사용할 수 있는 반도체 소자입니다.
두 개의 반도체 재료로 구성되어 하나의 간단한 pn 접합을 형성하는 반도체 다이오드와는 다릅니다. 바이폴라 트랜지스터는 증폭기의 특성과 특성을 가진 장치를 생산하기 위해 반도체 재료의 한 층을 더 사용합니다.
두 개의 개별 신호 다이오드를 연속적으로 연결하면 공통 양극 (P) 또는 음극 (N) 터미널을 공유하는 직렬로 연결된 두 개의 PN 접합이 제공됩니다. 이 두 다이오드의 융합으로 바이폴라 접합 트랜지스터 ( BJT) 의 기초를 형성하는 3층, 2접합, 3단자 장치가 생성됩니다 .
트랜지스터는 작은 신호 전압을 적용하여 절연체 또는 도체 역할을 할 수 있는 다양한 반도체 재료로 만들어진 3단자 활성 장치입니다. 이 두 상태 사이를 전환할 수 있는 트랜지스터의 능력을 통해 트랜지스터는 "스위칭"(디지털 전자 장치) 또는 "증폭"(아날로그 전자 장치)이라는 두 가지 기본 기능을 가질 수 있습니다. 그러면 바이폴라 트랜지스터는 세 가지 다른 영역 내에서 작동할 수 있습니다.
- 활성 영역 – 트랜지스터는 증폭기로 작동하며 Ic = β*Ib
- 포화 – 트랜지스터는 스위치로 작동하는 "완전 ON"이고 Ic = I(포화)
- 차단 - 트랜지스터는 스위치로 작동하는 "완전 OFF"이고 Ic = 0 입니다.
일반적인
바이폴라 트랜지스터
트랜지스터라는 단어는 전자 개발 초기의 작동 모드를 설명하는 Trans fer Varistor 라는 두 단어의 조합입니다 . 바이폴라 트랜지스터 구성에는 PNP 와 NPN 이라는 두 가지 기본 유형이 있으며 , 이는 기본적으로 P형 및 N형 반도체 재료의 물리적 배열을 설명합니다.
바이폴라 트랜지스터 기본 구조는 3개의 연결 단자를 생성하는 2개의 PN 접합으로 구성되며, 각 단자에는 다른 두 단자와 식별할 수 있는 이름이 지정됩니다. 이 세 개의 터미널은 각각 이미 터 ( E ), 베이스 ( B ) 및 컬렉터 ( C ) 로 알려져 있으며 레이블이 지정되어 있습니다 .
바이폴라 트랜지스터는 베이스 단자에 적용된 바이어스 전압의 양에 비례하여 이미터에서 컬렉터 단자로 흐르는 전류의 양을 제어하여 전류 제어 스위치처럼 작동하는 전류 조절 장치입니다. 베이스 단자에 흐르는 작은 전류가 트랜지스터 동작의 기초를 형성하는 훨씬 더 큰 컬렉터 전류를 제어하므로.
두 가지 트랜지스터 유형 PNP 및 NPN 의 작동 원리는 바이어스와 각 유형의 전원 공급 장치 극성만 다를 뿐 완전히 동일합니다.
바이폴라 트랜지스터 구성
PNP 및 NPN 바이폴라 트랜지스터 의 구성 및 회로 기호는 위에 나와 있으며 회로 기호의 화살표는 항상 베이스 단자와 이미터 단자 사이의 "일반적인 전류 흐름" 방향을 나타냅니다. 화살표의 방향은 두 트랜지스터 유형 모두에 대해 항상 양극 P형 영역에서 음극 N형 영역을 가리키며 이는 표준 다이오드 기호와 정확히 동일합니다.
양극성 트랜지스터 구성
바이폴라 트랜지스터 는 3단자 장치 이므로 기본적으로 입력 및 출력 신호 모두에 하나의 단자를 공통으로 사용하여 전자 회로 내에서 연결할 수 있는 세 가지 방법이 있습니다. 트랜지스터의 정적 특성이 각 회로 구성에 따라 다르기 때문에 각 연결 방법은 회로 내 입력 신호에 다르게 반응합니다.
- 공통 기본 구성 - 전압 이득은 있지만 전류 이득은 없습니다.
- 공통 이미터 구성 - 전류 및 전압 이득이 모두 있습니다.
- 공통 컬렉터 구성 - 전류 이득은 있지만 전압 이득은 없습니다.
공통 베이스(CB) 구성
이름에서 알 수 있듯이 공통 베이스 또는 접지 베이스 구성 에서 베이스 연결은 입력 신호와 출력 신호 모두에 공통입니다. 입력 신호는 트랜지스터 베이스와 이미터 단자 사이에 적용되는 반면, 해당 출력 신호는 그림과 같이 베이스와 컬렉터 단자 사이에서 가져옵니다. 베이스 터미널은 접지되어 있거나 일부 고정 기준 전압 지점에 연결될 수 있습니다.
이미터에 흐르는 입력 전류는 각각 베이스 전류와 컬렉터 전류의 합이므로 매우 크므로 컬렉터 전류 출력은 이미터 전류 입력보다 작으므로 이러한 유형의 회로에 대한 전류 이득은 "1"이 됩니다. (단위) 이하, 즉 공통 기본 구성이 입력 신호를 "감쇠"합니다.
공통 베이스 트랜지스터 회로
이러한 유형의 증폭기 구성은 신호 전압 Vin 및 Vout이 "동위상"이라는 점에서 비반전 전압 증폭기 회로입니다. 이러한 유형의 트랜지스터 배열은 비정상적으로 높은 전압 이득 특성으로 인해 일반적이지 않습니다. 입력 특성은 순방향 바이어스 다이오드의 특성을 나타내고 출력 특성은 조명 포토 다이오드의 특성을 나타냅니다.
또한 이러한 유형의 바이폴라 트랜지스터 구성은 입력 저항에 대한 출력 비율이 높거나 더 중요하게는 " 입력 " 저항( Rin )에 대한 "부하" 저항( RL )을 가지며 "저항 이득" 값을 제공합니다. 그러면 공통 기본 구성에 대한 전압 이득( Av )은 다음과 같이 지정됩니다.
공통 기본 전압 이득
여기서: Ic/Ie 는 전류 이득이고, 알파( α )이며 RL/Rin 은 저항 이득입니다.
공통 베이스 회로는 매우 우수한 고주파수 응답으로 인해 일반적으로 마이크 전치 증폭기 또는 무선 주파수( Rf ) 증폭기와 같은 단일 스테이지 증폭기 회로에만 사용됩니다.
공통 이미터(CE) 구성
공통 이미터 또는 접지 이미터 구성 에서 입력 신호는 베이스와 이미터 사이에 적용되는 반면 출력은 그림과 같이 컬렉터와 이미터 사이에서 가져옵니다. 이러한 유형의 구성은 트랜지스터 기반 증폭기에 가장 일반적으로 사용되는 회로이며 바이폴라 트랜지스터 연결의 "일반적인" 방법을 나타냅니다.
공통 이미터 증폭기 구성은 세 가지 바이폴라 트랜지스터 구성 모두에서 가장 높은 전류 및 전력 이득을 생성합니다. 이는 주로 입력 임피던스가 순방향 바이어스 PN 접합에 연결되어 있기 때문에 LOW이고, 출력 임피던스가 역방향 바이어스 PN 접합에서 가져오므로 높기 때문입니다.
공통 이미터 증폭기 회로
이러한 유형의 구성에서는 이미터 전류가 Ie = Ic + Ib 로 주어지므로 트랜지스터에서 흐르는 전류는 트랜지스터로 흐르는 전류와 같아야 합니다 .
부하 저항( RL ) 이 컬렉터와 직렬로 연결되므로 공통 이미터 트랜지스터 구성의 전류 이득은 Ic/Ib 비율만큼 상당히 큽니다 . 트랜지스터 전류 이득은 그리스 기호 베타 ( β )로 표시됩니다.
공통 이미터 구성에 대한 이미터 전류는 Ie = Ic + Ib 로 정의되므로 그리스 기호 α 가 주어지면 Ic/Ie 의 비율을 알파 라고 합니다 . 참고: Alpha 값은 항상 1보다 작습니다.
이 세 가지 전류 Ib , Ic 및 Ie 사이의 전기적 관계는 트랜지스터 자체의 물리적 구성에 의해 결정되므로 베이스 전류( Ib )의 작은 변화로 인해 콜렉터 전류( Ic ) 가 훨씬 더 크게 변화하게 됩니다. .
그런 다음 베이스에 흐르는 전류의 작은 변화가 이미터-컬렉터 회로의 전류를 제어합니다. 일반적으로 베타는 대부분의 범용 트랜지스터에 대해 20에서 200 사이의 값을 갖습니다. 따라서 트랜지스터의 베타 값이 100이면 이미터-컬렉터 단자 사이를 흐르는 전자 100개마다 베이스 단자에서 전자 1개가 흐릅니다.
Alpha , α 및 Beta 에 대한 표현식을 결합하면 이러한 매개변수 간의 수학적 관계와 그에 따른 트랜지스터의 전류 이득은 다음과 같이 주어질 수 있습니다 .
여기서 " Ic "는 컬렉터 단자로 흐르는 전류이고, " Ib "는 베이스 단자로 흐르는 전류이고, " Ie "는 이미터 단자에서 나오는 전류입니다.
그럼 조금 요약해보자. 이러한 유형의 바이폴라 트랜지스터 구성은 공통 기본 구성보다 입력 임피던스, 전류 및 전력 이득이 더 크지만 전압 이득은 훨씬 낮습니다. 공통 이미터 구성은 반전 증폭기 회로입니다. 이는 결과 출력 신호가 입력 전압 신호와 관련하여 180o 위상 편이를 가짐 을 의미합니다.
공통 수집기(CC) 구성
공통 컬렉터 또는 접지된 컬렉터 구성 에서 컬렉터는 공급 장치를 통해 접지에 연결되므로 컬렉터 단자는 입력과 출력 모두에 공통입니다. 입력 신호는 베이스 단자에 직접 연결되고, 출력 신호는 그림과 같이 이미터 부하 저항을 통해 가져옵니다. 이러한 유형의 구성은 일반적으로 전압 팔로워 또는 이미터 팔로워 회로로 알려져 있습니다.
공통 컬렉터 또는 이미터 팔로워 구성은 상대적으로 낮은 출력 임피던스를 갖는 반면 수십만 옴 영역의 매우 높은 입력 임피던스로 인해 임피던스 매칭 애플리케이션에 매우 유용합니다.
공통 컬렉터 트랜지스터 회로
공통 이미터 구성은 트랜지스터 자체의 β 값과 거의 동일한 전류 이득을 갖습니다. 그러나 공통 컬렉터 구성에서는 부하 저항이 이미터 단자와 직렬로 연결되므로 전류는 이미터 전류의 전류와 동일합니다.
이미터 전류는 콜렉터와 베이스 전류의 조합이므로 이러한 유형의 트랜지스터 구성의 부하 저항에는 콜렉터 전류와 이를 통해 흐르는 베이스의 입력 전류도 모두 포함됩니다. 그러면 회로의 전류 이득은 다음과 같이 주어진다.
공통 컬렉터 전류 이득
이러한 유형의 바이폴라 트랜지스터 구성은 Vin 및 Vout 의 신호 전압이 "동위상" 이라는 점에서 비반전 회로입니다 . 공통 컬렉터 구성의 전압 이득은 약 "1"(단위 이득)입니다. 따라서 전압 이득이 1이므로 전압 버퍼로 간주할 수 있습니다.
공통 컬렉터 트랜지스터의 부하 저항은 베이스 전류와 컬렉터 전류를 모두 수신하여 (공통 이미터 구성과 마찬가지로) 큰 전류 이득을 제공하므로 매우 작은 전압 이득으로 우수한 전류 증폭을 제공합니다.
세 가지 다른 유형의 바이폴라 트랜지스터 구성을 살펴보았으므로 이제 각 레그를 통해 흐르는 트랜지스터의 개별 DC 전류와 위의 DC 전류 이득 사이의 다양한 관계를 다음 표에 요약할 수 있습니다.
DC 전류와 이득의 관계
여기에서 NPN 바이폴라 트랜지스터 구성을 살펴봤지만 PNP 트랜지스터는 증폭된 신호의 비반전과 마찬가지로 계산이 모두 동일하므로 각 구성에서 사용하는 데 유효합니다. 유일한 차이점은 전압 극성과 전류 방향에 있습니다.
양극성 트랜지스터 요약
요약하자면, 위의 각 회로 구성에서 바이폴라 트랜지스터의 동작은 매우 다르며 입력 임피던스, 출력 임피던스 및 전압 이득, 전류 이득 또는 전력 이득 여부에 관계없이 이득과 관련하여 서로 다른 회로 특성을 생성합니다. 아래 표에 요약되어 있습니다.
양극성 트랜지스터 구성
다음 표에 주어진 다양한 트랜지스터 구성의 일반화된 특성을 사용합니다.
| 특성 | 공통 베이스 |
공통 이미터 |
공통 수집가 |
| 입력 임피던스 | 낮은 | 중간 | 높은 |
| 출력 임피던스 | 매우 높음 | 높은 | 낮은 |
| 위상 변화 | 0 시 | 180 도 | 0 시 |
| 전압 이득 | 높은 | 중간 | 낮은 |
| 현재 이득 | 낮은 | 중간 | 높은 |
| 전력 이득 | 낮은 | 매우 높음 | 중간 |
바이폴라 트랜지스터 에 대한 다음 튜토리얼에서는 공통 이미터 구성에서 증폭기로 사용될 때 NPN 트랜지스터를 더 자세히 살펴보겠습니다 . 이는 유연성과 높은 이득으로 인해 가장 널리 사용되는 구성입니다. 또한 베이스 전류에 대한 컬렉터 전류의 함수로서 증폭기 회로와 일반적으로 연관된 출력 특성 곡선을 플롯할 것입니다.