모든 전기 및 전자 부품과 마찬가지로 트랜지스터는 손상 없이 처리할 수 있는 전압과 전류의 양이 제한되어 있습니다. 트랜지스터는 흔히 접하는 다른 부품보다 더 복잡하기 때문에 정격 종류가 더 다양합니다. 다음은 일반적인 트랜지스터 정격에 대한 세부적인 설명입니다.
전력 소모
트랜지스터가 컬렉터와 이미터 사이에 전류를 흐르게 하면 두 지점 사이의 전압도 낮아집니다. 트랜지스터가 소모하는 전력은 컬렉터 전류와 컬렉터-이미터 전압의 곱과 같습니다. 저항과 마찬가지로 트랜지스터도 손상 없이 안전하게 소모할 수 있는 와트 수에 따라 정격이 정해집니다.
고온은 모든 반도체 소자의 최대 적이며, 바이폴라 트랜지스터는 대부분의 소자보다 열 손상에 더 취약합니다. 전력 정격은 항상 주변 공기 온도를 기준으로 합니다. 트랜지스터를 섭씨 25 도 이상의 고온 환경에서 사용하는 경우, 수명 단축을 방지하기 위해 전력 정격을 낮춰야 합니다 .
역전압
다이오드 와 마찬가지로 바이폴라 트랜지스터는 PN 접합에 걸리는 최대 허용 역방향 바이어스 전압에 따라 정격이 결정됩니다. 여기에는 이미터-베이스 접합 V EB , 컬렉터-베이스 접합 V CB , 그리고 컬렉터-이미터 간 전압 정격 V CE 가 포함됩니다 .
V EB , 일부 소신호 트랜지스터의 경우 이미터에서 베이스까지의 최대 역전압은 약 7V입니다. 일부 회로 설계자는 직렬 전류 제한 저항을 갖춘 7V 제너 다이오드 로 이산 BJT를 사용합니다 . 아날로그 집적 회로에 대한 트랜지스터 입력도 V EB 정격을 가지며, 이를 초과하면 손상될 수 있으므로 입력의 제너링은 허용되지 않습니다.
최대 컬렉터-이미터 전압 V CE 의 정격은 차단 모드(베이스 전류 없음)에서 견딜 수 있는 최대 전압으로 볼 수 있습니다. 이 정격은 바이폴라 트랜지스터를 스위치로 사용할 때 특히 중요합니다. 소신호 트랜지스터의 일반적인 전압은 60~80V입니다. 전력 트랜지스터의 경우, 예를 들어 음극선관 디스플레이의 수평 편향 트랜지스터의 경우 이 전압은 1000V까지 가능합니다.
수집기 전류
컬렉터 전류 IC의 최대값은 제조업체에서 암페어(A) 단위로 제공합니다. 소신호 트랜지스터의 일반적인 값은 수십에서 수백 mA, 전력 트랜지스터의 경우 수십 A입니다. 이 최대값은 포화 상태(최소 컬렉터-이미터 전압 강하)를 가정한 것입니다. 트랜지스터가 포화 상태가 아니고 컬렉터와 이미터 사이에 상당한 전압 강하가 발생하는 경우, 최대 컬렉터 전류 정격보다 최대 소비 전력 정격이 먼저 초과될 가능성이 높습니다. 트랜지스터 회로를 설계할 때 유의해야 할 사항입니다.
포화 전압
이상적으로 포화된 트랜지스터는 컬렉터와 이미터 사이의 닫힌 스위치 접점 역할을 하여 최대 컬렉터 전류에서 전압이 0으로 떨어집니다. 하지만 현실에서는 그렇지 않습니다 . 제조업체는 포화 상태에서 트랜지스터의 최대 전압 강하를 명시하는데, 이는 컬렉터와 이미터 사이, 그리고 베이스와 이미터 사이(해당 PN 접합의 순방향 전압 강하)입니다. 포화 상태에서 컬렉터-이미터 전압 강하는 일반적으로 0.3V 이하로 예상되지만, 이 수치는 트랜지스터의 종류에 따라 달라집니다. 저전압 트랜지스터, 즉 V CE 가 낮을수록 포화 전압이 낮아집니다. 베이스 구동 전류가 높을수록 포화 전압도 낮아집니다.
베이스-이미터 순방향 전압 강하 V BE 는 등가 다이오드의 전압 강하 ≅0.7V와 비슷한데, 이는 놀랄 일이 아닙니다.
베타
베이스 전류에 대한 컬렉터 전류의 비율, β는 바이폴라 트랜지스터의 증폭 능력을 특징짓는 기본 매개변수입니다 . β는 일반적으로 회로 계산에서 상수로 가정되지만, 불행히도 실제로는 그렇지 않습니다. 따라서 제조업체는 넓은 범위의 작동 조건에서 주어진 트랜지스터에 대한 β(또는 "h fe ") 수치 세트를 제공하며, 일반적으로 최대/최소/일반 정격의 형태로 제공됩니다. 정상 작동 한계 내에서 β가 얼마나 크게 달라질 수 있는지 알면 놀라실 것입니다. 인기 있는 소신호 트랜지스터 중 하나인 2N3903은 컬렉터 전류량에 따라 15에서 150 사이의 β를 갖는 것으로 광고됩니다. 일반적으로 β는 중간 컬렉터 전류에서 가장 높고 매우 낮거나 매우 높은 컬렉터 전류에서 감소합니다. h fe 는 소신호 AC 이득이고, h FE는 큰 AC 신호 이득 또는 DC 이득입니다.
알파
컬렉터 전류와 에미터 전류의 비율은 α=I C /I E 입니다.α는 β에서 파생될 수 있으며 α=β/(β+1)입니다.바이폴라 트랜지스터는 다양한 물리적 패키지로 제공됩니다.패키지 유형은 저항기와 마찬가지로 트랜지스터의 필요 전력 소모에 따라 주로 달라집니다.최대 전력 소모가 클수록 장치를 냉각 상태로 유지하려면 더 커야 합니다.아래 그림은 3단자 반도체 소자에 대한 여러 표준화된 패키지 유형을 보여주며, 이 중 어느 것이든 바이폴라 트랜지스터를 수용하는 데 사용할 수 있습니다.바이폴라 트랜지스터 외에도 3개의 연결 지점이 있는 다른 많은 반도체 소자가 있습니다.플라스틱 트랜지스터의 핀아웃은 단일 패키지 유형 내에서도 다를 수 있습니다(예: 아래 그림의 TO-92).3 단자 반도체 소자를 확실하게 식별하려면 인쇄된 부품 번호를 참조하거나 일련의 전기적 테스트를 거치지 않고는 불가능 합니다.
트랜지스터 패키지, 치수는 mm입니다.
TO-92와 같은 소형 플라스틱 트랜지스터 패키지는 수백 밀리와트를 소모할 수 있습니다. TO-18과 TO-39 금속 캔은 더 많은 수백 밀리와트를 소모할 수 있습니다. TO-220과 TO-247과 같은 플라스틱 전력 트랜지스터 패키지는 100와트를 훨씬 넘는 전력을 소모하며, 이는 순금속 TO-3의 소모량에 근접합니다. 위 그림에 나열된 소모량은 저자가 고전력 소자에 대해 경험한 최대치입니다. 대부분의 전력 트랜지스터는 나열된 와트수의 절반 또는 그 이하입니다. 실제 정격은 특정 소자의 데이터시트를 참조하십시오. TO-220 및 TO-247 플라스틱 패키지의 반도체 다이는 열전도성 금속 슬러그에 장착되며, 이 슬러그는 패키지 뒷면에서 열을 금속 방열판( 그림 에 표시되지 않음)으로 전달합니다. 트랜지스터를 방열판에 장착하기 전에 금속에 열전도성 그리스를 얇게 도포합니다. TO-220 및 TO-247 슬러그와 TO-3 케이스는 컬렉터에 연결되어 있으므로, 마이카 또는 폴리머 와셔를 삽입하여 접지된 히트싱크와 전기적으로 분리해야 하는 경우가 있습니다. 전력 패키지의 데이터시트 정격은 히트싱크에 장착된 경우에만 유효합니다. 히트싱크가 없는 경우, TO-220은 공기 중에서 약 1와트의 전력을 안전하게 소모합니다.
데이터시트에 명시된 최대 전력 손실 정격은 실제로 달성하기 어렵습니다. 최대 전력 손실은 트랜지스터 케이스 온도를 25°C 이하로 유지하는 히트싱크를 기준으로 합니다. 공랭식 히트싱크에서는 이러한 조건이 충족되기 어렵습니다. 허용 전력 손실은 온도가 증가함에 따라 감소하는데, 이를 디레이팅(derating)이라고 합니다. 많은 전력 소자 데이터시트에는 케이스 온도 대비 전력 손실 그래프가 포함되어 있습니다.
검토:
- 전력 소모 : 지속적으로 허용되는 최대 전력 소모.
- 역전압 : 허용 가능한 최대 VCE, V CB , V EB .
- 컬렉터 전류 : 허용되는 최대 컬렉터 전류.
- 포화 전압은 포화된(완전 전도된) 트랜지스터의 V CE 전압 강하입니다.
- 베타 : β=I C /I B
- 알파 : α=I C /I E , α= β/(β+1)
- 트랜지스터 패키지 는 전력 소모의 주요 요인입니다. 패키지가 클수록 더 많은 전력을 소모합니다.