바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT라고도 함) 는 증폭기, 필터, 정류기, 발진기 또는 스위치로 사용할 수 있으며, 이는 첫 번째 섹션에서 예시로 살펴보겠습니다. 트랜지스터가 선형 영역으로 바이어스되면 증폭기 또는 기타 선형 회로로 작동합니다. 포화 및 차단 영역으로 바이어스되면 스위치로 사용할 수 있습니다. 이를 통해 회로의 다른 부분에 전류가 흐르거나 흐르지 않게 됩니다.
트랜지스터 의 컬렉터 전류는 베이스 전류에 비례하여 제한되므로, 일종의 전류 제어 스위치로 사용할 수 있습니다. 트랜지스터의 베이스를 통해 전달되는 비교적 적은 양의 전자 흐름이 컬렉터를 통과하는 훨씬 더 많은 양의 전자 흐름을 제어할 수 있습니다.
BJT를 스위치로 사용하기: 예
스위치로 켜고 끄고 싶은 램프가 있다고 가정해 보겠습니다. 이러한 회로는 아래 그림 (a)와 같이 매우 간단할 것입니다.
설명을 위해 스위치 대신 트랜지스터를 삽입하여 램프의 전류 흐름을 어떻게 제어할 수 있는지 보여드리겠습니다. 트랜지스터를 통과하는 제어된 전류는 컬렉터와 이미터 사이를 통과해야 한다는 점을 기억하세요.
램프에 흐르는 전류를 제어해야 하므로, 트랜지스터의 컬렉터와 이미터를 스위치의 두 접점이 있던 위치에 배치해야 합니다. 또한, 아래 그림(b)에서처럼 NPN 트랜지스터를 사용할 경우, 트랜지스터의 접합 바이어스가 정확하도록 램프 전류가 이미터 화살표 방향으로 흐르도록 해야 합니다.
(a) 기계식 스위치, (b) NPN 트랜지스터 스위치, (c) PNP 트랜지스터 스위치.
PNP 트랜지스터를 사용할 수도 있습니다. 위 그림(c)에 PNP 트랜지스터의 적용 모습이 나와 있습니다. 배터리 단자 전압을 (b)에서 (c)로 바꾸어 NPN 트랜지스터를 PNP 트랜지스터로 대체한 것을 확인할 수 있습니다.
NPN과 PNP 중 어떤 것을 선택할지는 매우 임의적입니다. 중요한 것은 올바른 접합 바이어스(전류 흐름이 트랜지스터 기호의 화살표를 따라가는 것)를 위해 적절한 전류 방향이 유지된다는 것입니다 .
위 그림에서 두 BJT의 베이스는 적절한 전압에 연결되지 않아 베이스를 통해 전류가 흐르지 않습니다. 결과적으로 트랜지스터는 켜지지 않습니다. 아마도 가장 간단한 방법은 아래 그림 (a)와 같이 트랜지스터의 베이스와 컬렉터 사이에 스위치를 연결하는 것일 것입니다.
트랜지스터: (a) 차단, 램프 꺼짐; (b) 포화, 램프 켜짐.
차단 트랜지스터와 포화 트랜지스터
그림 (a)처럼 스위치가 열려 있으면 트랜지스터의 베이스 와이어는 "플로팅"(아무것에도 연결되지 않음) 상태로 남아 전류가 흐르지 않습니다. 이 상태에서 트랜지스터는 차단 상태라고 합니다 .
그림 (b)와 같이 스위치가 닫히면 전류가 스위치를 통해 트랜지스터의 베이스에서 이미터로 흐를 수 있습니다. 이 베이스 전류는 컬렉터에서 이미터로 훨씬 더 큰 전류가 흐르도록 하여 램프를 밝힙니다. 이렇게 최대 회로 전류가 흐르는 상태를 트랜지스터가 포화 되었다고 합니다 .
물론, 램프를 제어하는 데 트랜지스터를 사용하는 것은 무의미해 보일 수 있습니다. 트랜지스터 대신 일반 스위치가 이 기능을 제공할 수 있습니다.
전류를 제어하기 위해 트랜지스터를 사용하는 이유는 무엇입니까?
여기서 두 가지 점을 지적할 수 있습니다. 첫째, 이러한 방식으로 사용할 경우 스위치 접점은 트랜지스터를 켜는 데 필요한 최소한의 베이스 전류만 처리하면 됩니다. 트랜지스터 자체가 램프 전류의 대부분을 처리합니다. 이는 스위치의 전류 정격이 낮은 경우 중요한 이점이 될 수 있습니다. 작은 스위치로도 비교적 높은 전류 부하를 제어할 수 있기 때문입니다.
더 중요한 것은 트랜지스터의 전류 제어 동작 덕분에 램프를 켜고 끄는 데 완전히 다른 방식을 사용할 수 있다는 것입니다. 아래 그림을 살펴보겠습니다. 한 쌍의 태양 전지가 트랜지스터의 0.7V 베이스-이미터 전압을 극복하기 위해 1V의 전압을 공급하여 베이스 전류를 흐르게 하고, 이 전류가 램프를 제어합니다.
태양전지는 광센서 역할을 합니다.
또는 아래 그림과 같이 트랜지스터를 켜는 데 필요한 베이스 전류를 제공하기 위해 열전대(대부분 직렬로 연결)를 사용할 수도 있습니다.
단일 열전대는 40mV 미만의 전압을 제공합니다. 여러 개를 직렬로 연결하면 0.7V 트랜지스터 VBE를 초과하는 전압을 생성하여 베이스 전류가 흐르고, 그 결과 트랜지스터와 램프를 통해 전류가 흐를 수 있습니다.
전압과 전류(증폭기에서) 출력이 충분한 마이크(아래 그림 참조)라도 트랜지스터를 켤 수 있습니다. 단, 출력이 AC에서 DC로 정류되어 트랜지스터 내부의 에미터-베이스 PN 접합이 항상 순방향 바이어스가 되도록 해야 합니다.
증폭된 마이크 신호는 DC로 정류되어 트랜지스터의 베이스에 바이어스를 주어 더 큰 컬렉터 전류를 제공합니다.
요점은 이제 꽤 명확해졌을 것입니다. 충분한 DC 전류원이라면 트랜지스터를 켜는 데 사용할 수 있으며, 그 전류원은 램프에 전원을 공급하는 데 필요한 전류의 일부만 있어도 됩니다.
여기서 트랜지스터는 스위치 역할뿐만 아니라, 상대적으로 낮은 전력 신호를 사용하여 상대적으로 큰 전력을 제어하는 전력 증폭기 역할도 합니다. 램프를 켜는 데 필요한 실제 전력은 회로도 오른쪽에 있는 배터리에서 나온다는 점에 유의하세요. 태양 전지, 열전대, 또는 마이크에서 나오는 작은 신호 전류가 마법처럼 더 큰 전력으로 변환되는 것은 아닙니다. 오히려 이러한 작은 전력원들이 배터리의 전력을 제어하여 램프를 켤 뿐입니다.
스위치로서의 BJT 리뷰:
- 트랜지스터는 부하로 공급되는 DC 전력을 제어하는 스위칭 소자로 사용될 수 있습니다. 스위칭된(제어된) 전류는 컬렉터와 이미터 사이로 흐릅니다. 제어 전류는 베이스와 이미터 사이로 흐릅니다.
- 트랜지스터에 전류가 흐르지 않을 때, 트랜지스터는 차단 상태 (완전히 비전도성)에 있다고 합니다.
- 트랜지스터에 최대 전류가 흐르면 포화 상태 (완전 전도)에 있다고 합니다.