트랜지스터는 모든 디지털 전자 장치의 구성 요소입니다. 트랜지스터의 다양한 구성(다른 전자 부품과 관련하여)을 만들면 이진 논리의 기초를 제공하는 회로를 만들 수 있습니다. 이는 모든 현대 컴퓨팅의 기초이며 인터넷에 고양이 사진을 게시하고 우주인을 우주로 보내는 것과 같은 중요한 일을 하는 데 도움이 되었습니다.
트랜지스터는 아날로그 세계에서도 흥미로운 일을 합니다. 기타 효과 페달을 담당하고 데이비드 보위가 모든 사람을 우주로 보내는 데 도움이 되었습니다. 이 수업 전체에서 우리는 가장 단순한 아날로그적 의미에서 트랜지스터를 살펴볼 것입니다.
1단계: 트랜지스터란 무엇인가?
트랜지스터는 소량의 전류를 받아서 증폭하는 전자 부품입니다.
우리가 살펴본 다른 모든 부품과 달리 전기가 한쪽으로 들어가 다른 쪽으로 나가는 것과 달리 트랜지스터 내부에서는 더 복잡한 프로세스가 작동합니다.
일반적인 트랜지스터는 베이스, 컬렉터, 에미터의 세 개의 핀을 가지고 있습니다. 트랜지스터는 모양과 크기가 모두 다르고 핀에 표시가 거의 없기 때문에 어떤 핀이 어떤 것인지 찾아야 합니다. "[트랜지스터 이름] 핀 다이어그램 삽입"으로 이미지 검색을 하면 이 정보를 빠르게 찾을 수 있습니다. 예를 들어, " 2N2222 핀 다이어그램 "으로 검색하여 2N2222 트랜지스터의 핀 다이어그램을 찾아보겠습니다. 아주 간단합니다.
회로도에서 트랜지스터는 NPN으로 표현되는데, 이는 수직선으로부터 바깥쪽을 가리키는 화살표를 의미하고, PNP로 표현되는데, 이는 수직선을 향해 안쪽을 가리키는 화살표를 의미합니다.
2단계: NPN 대 PNP
이 세상에는 두 가지 유형의 기본 트랜지스터가 있습니다. NPN형과 PNP형입니다.
두 가지의 차이점을 더 잘 이해하기 위해 잠시 다이오드를 다시 살펴보겠습니다. 다이오드와 마찬가지로 트랜지스터는 PN 접합의 구성으로 구성되어 있습니다.
가설적으로 NPN 트랜지스터는 기본적으로 2개의 다이오드가 등을 맞댄 것이라고 말할 수 있습니다. 이론적인 세계에서는 맞을 수 있지만 현실 세계에서는 전혀 그렇게 말할 수 없습니다. 차이점은 다이오드의 P 영역이 상당히 클 뿐만 아니라 실제로 직접 연결되지 않는다는 것입니다. 각 P 영역은 실제로 와이어 리드에 연결되고 있으며, 이는 전자를 고려하는 한 P 영역이나 N 영역처럼 작동하지 않습니다. 이 데모는 NP-WIRE-PN 접합과 더 비슷합니다. 이것은 분명히 전혀 같지 않습니다. 그러나 PN 바이어스에 대한 이 아이디어는 고려하는 것이 중요합니다.
다이오드와 달리 NPN 트랜지스터는 두 개의 N 영역 사이에 끼어 있는 매우 얇은 P 영역(빛의 파장 몇 개보다 넓지 않음)을 가지고 있습니다. P 영역(베이스 핀에 연결됨)에 전류가 인가되면 베이스 핀과 컬렉터 핀이 순방향 바이어스되어 인가되는 전류에 비해 P 영역 양쪽의 고갈 영역이 효과적으로 줄어듭니다.
베이스와 에미터 사이의 이 순방향 바이어스 배열은 전자가 베이스 핀에서 에미터에 연결된 N-영역(다이오드와 같음)으로 흐를 수 있게 합니다. 컬렉터의 전기 신호가 에미터의 전기 신호보다 더 양수라고 가정하면 컬렉터의 전자는 활성화된 P-영역을 통해 에미터로 자유롭게 이동할 수 있습니다. 다시 말해, 베이스에서 에미터로 흐르는 전류는 트로이 목마처럼 작동하여 P-영역을 활성화하고 컬렉터에 매달려 있는 훨씬 더 큰 전류가 P-영역을 통해 에미터로 전달되도록 합니다.
베이스 핀에 작은 전류가 인가되면, 훨씬 더 큰 전류가 컬렉터와 에미터 핀 사이를 통과할 수 있도록 전류가 증폭됩니다. 컬렉터와 에미터 핀 사이를 통과하는 전류량은 베이스 핀에 인가되는 전류에 비례합니다.
반면 PNP 트랜지스터는 NPN 트랜지스터와 반대로 작동합니다. 두 개의 P 영역과 중앙에 매우 작은 N 영역이 있습니다. 이로 인해 베이스와 에미터 사이에 역방향 바이어스가 적용됩니다. 따라서 전류가 적용되면 이 역방향 바이어스는 다이오드처럼 작동하여 전기가 흐르는 것을 막습니다. 전류가 베이스에서 제거되기 시작할 때만 전자가 컬렉터와 에미터 사이를 자유롭게 통과할 수 있습니다.
기본적으로 NPN 트랜지스터는 전류가 베이스에 인가되면 전기가 흐르게 하고, 제거되면 전기의 흐름을 멈춥니다. 베이스 핀의 전류에 따라 다양한 양의 전기가 통과할 수 있습니다. 베이스 핀에
연결된 버튼을 누르면 LED가 켜집니다. 이는 버튼이 베이스를 전원에 연결하기 때문입니다. 버튼을 누르지 않으면 10K 저항이 접지에 연결합니다. 이러한 유형의 저항 구성은 사용하지 않을 때 핀을 접지 상태로 유지하기 때문에 "풀다운 저항"이라고 합니다.
버튼을 가변 저항으로 교체하면 트랜지스터에 연결된 LED의 밝기를 변경할 수 있습니다.
PNP 트랜지스터는 이와 정반대입니다. 버튼을 누르면 전압이 베이스 핀에 인가되고 LED가 꺼집니다. 가변 저항을 사용하여 밝기를 조절할 수도 있습니다.
3단계: 전력 등급
가장 높은 전류 정격을 가진 트랜지스터는 일반적으로 수집기 핀에 연결된 뒷면에 금속판이 있습니다. 특히 이 핀에 부착된 이유는 가장 많은 에너지가 이 핀을 통과하기 때문입니다. 이 판은 열을 발산하고 트랜지스터를 방열판에 부착하기 위한 구멍이 있습니다.
방열판은 표면적을 최대화하도록 모양이 만들어진 금속(일반적으로 알루미늄) 조각입니다. 기본적으로, 공기가 부품 주위를 순환하고 냉각할 수 있도록 하는 작은 핀이 여러 개 있습니다. 트랜지스터는 방열판에 볼트로 고정되어 열을 외부로 전달하고 냉각합니다. 이렇게 하면 트랜지스터가 과열되고 오작동하는 것을 방지할 수 있습니다.
또한 트랜지스터와 방열판 사이의 열 전달을 극대화하기 위해 열 페이스트를 사용할 수 있습니다. 트랜지스터와 방열판을 볼트로 고정하기 전에 얇은 코팅을 바르십시오.