chapter 4 바이폴라 접합 트랜지스터

Electronic Device (Floyd )- Ch. 4

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Chapter Chapter 44바이폴라 접합 트랜지스터바이폴라 접합 트랜지스터


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목 표목 표

바이폴라 접합 트랜지스터의 기본 구조

트랜지스터의 바이어스 방법과 전압 - 전류 특성

전압증폭기로서의 트랜지스터 특성

트랜지스터의 파라미터와 특성

전자 스위치로서 트랜지스터 특성

전자 스위치로서 트랜지스터 특성


34-1. 4-1. 트랜지스터의 트랜지스터의 구조구조

• 트랜지스터의 역할 : 증폭 작용과 스위칭• 바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT : Bipolar junction Transistor) 는 에피택셜 플래너 구조로 도핑된 세 개의 반도체 영역으로 구성• 세 영역 - 이미터 (emitter), 베이스 (base), 컬렉터 (collector)• 이미터 영역은 도핑 농도가 높게 , 컬렉터는 중간 , 베이스는 엷게 도핑• 바이폴라 (bipolar) – 트랜지스터 구조내에서 반송자가 두 개 ( 전자 , 정공 )

기본적인 BJT 구조와 기호


44-2. 4-2. 기본적인 트랜지스터의 기본적인 트랜지스터의 동작동작

• 트랜지스터의 바이어스 : B-E → 순방향 바이어스 , B-C → 역방향 바이어스

• 베이스 전류 : 전자들이 순방향 바이어스된 pn 접합을 가로질러 엷게 도핑된 베이스 영역의 소수의 정공들과 재결합으로 생성

BJT 의 순 - 역방향 바이어스

BJT 의 동작 설명

• 컬렉터 전류 : 베이스 영역으로 흘러간 대부분의 전자는 재결합하지 못하고 BC 공핍 영역으로 확산하고 공핍 영역의 전계 때문에 공핍층을 가로질러 컬렉터 단자로 흐름으로써 발생


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트랜지스터 전류

• npn TR 의 전류 : IE = IC + IB

TR 의 전류

그림의 화살표 방향은 반대 (교재참조 )


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4-3. 4-3. 트랜지스터 특성과 파라미터트랜지스터 특성과 파라미터

TR 의 직류 바이어스 회로

직류 베타와 직류 알파

• 직류 베타 (TR 의 직류 전류 이득 ) : 컬렉터 전류와 베이스 전류의 비 (20~200이상 )

βDC = IC / IB• 직류 알파 : 컬렉터 전류와 이미터 전류의 비 (0.95~0.99)

αDC = IC / IE



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전류 - 전압 해석

TR 의 전류와 전압

• 베이스 - 이미터 전압 : VBE ≒ 0.7V

• 이미터가 접지되었으므로 RB 양단 전압은

VRB = VBB – VBE

옴의 법칙에 의해 VRB = IBRB

윗 식에 VRB 를 대입하면 IBRB = VBB - VBE

그러므로 IB = (VBB - VBE) / RB


• 접지된 이미터에 대한 컬렉터 전압은 VCE = VCC – VRC

RC 양단의 전압강하는 VRC = ICRC

그러므로 컬렉터에서의 전압은 VCE = VCC – ICRC ( 여기서 IC = βDCIB)• 역방향된 컬렉터 베이스 양단 전압은

VCB = VCE - VBE


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컬렉터 특성 곡선

TR 의 컬렉터 특성 곡선



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차 단

차단 동작


포 화

• IB = 0 인 경우 열에 의해 생성된 반송자에 의한 아주 적은 컬렉터 누설전류 ICEO 발생

• ICEO 는 아주 작기 때문에 무시되어 VCE = VCC

• 차단 상태에서는 B-E 와 B-C 접합이 역방향 바이어스 상태

• 베이스 - 이미터 접합이 순방향 바이어스 되고 베이스 전류가 증가하면 컬렉터 전류는 IC = βDC IB • 컬렉터 전류가 증가함에 따라 컬렉터 저항에 걸리는 전압의 증가로 VCE 에 걸리는 전압 감소

VCE = VCC – ICRC

• VCE 가 포화 값 VCE(sat) 에 도달하면 B-C 접합은 순방향 바이어스 되어 IB 가 증가하여도 IC 는 일정

• 컬렉터 특성곡선의 무릎점 아래 부분

포화 동작


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직류 부하선

컬렉터 특성곡선위의 직류 부하선

βDC 의 상세 정보

• IC = 0, VCE = VCC 인 차단 점과 IC = IC(sat), VCE = VCE(sat) 인 포화점을 연결한 선

• 부하선은 TR 의 동작 영역중 활성 영역

• βDC 나 hFE 는 BJT 를 시험하는데 필요한 매우 중요한 파라미터

• βDC 는 컬렉터 전류와 온도에 따라 변화

최대 트랜지스터 정격

• 동작상의 제한 -> 최대 정격 ( 규격표에 명시 )• 최대 정격 : C-B 전압 , E-B 전압 , 컬렉터 전류 , 소비전력에 대해 정의

• IC = PD(max) / VCE , VCE = PD(max) / IC


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트랜지스터 규격표

트랜지스터의 규격표


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4-4. 4-4. 증폭기로서의 트랜지스터증폭기로서의 트랜지스터

• 증폭 : 전기적 신호의 진폭이 선형적으로 증가하는 과정 (β : 전류이득 특성 )• TR 의 동작점이 활성 ( 선형 ) 영역에 있을 때 B-E 접합은 순방향 바이어스 되어 낮은 저항을 , B-C 접합은 역방향 바이어스 되어 높은 임피던스 특성

직류 (DC) 와 교류 (AC) 량의 표기

• 직류량은 첨자를 대문자로 , 교류량은 소문자로 표기• 교류는 실효값 (rms)

트랜지스터 증폭

• TR 의 증폭 : 컬렉터의 전류가 전류이득 β 를 베이스 전류에 곱한 것 (IC = βIB)• 입력교류 전압은 베이스 전류를 생성하고 이는 더 큰 컬렉터 전류를 발생• 컬렉터 전류는 RC 양단에 전압강하를 일으키고 이는 교류 입력전압을 반전 증폭시킨 파형을 출력


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• 순방향 바이어스된 B-E 접합은 교류 신호가 가해지는 경우 매우 낮은 저항 (r’e

로 표기 )• 이미터 전류를 구하면 - 교류 컬렉터 전압 Vc 는 Rc 양단의 전압강하와 같으므로

Ie ≒ Ic = Vb/r’e Vc = IcRc(Ic≒Ie)

• Vb 는 TR 의 교류 입력전압 Vb = Vin – IbRb

• Vc 는 TR 의 교류 출력 전압으로 간주• TR 의 교류 전압 이득 Av 는 Av = Vc / Vb

기본적인 TR 증폭회로

• Vc = IeRc 와 Vb = Ier’e 를 위 식에

대입하면Av = Vc / Vb ≒ IeRc / Ier’e

A v ≒ Rc / r’e

• 위 식은 TR 이 Rc 나 r’e 에

의존하는 증폭 혹은 전압이득을 갖는다는 것을 의미• Rc 가 r’e 보다 훨씬 크므로

출력전압은 입력전압보다 항상 크다 .


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4-5. 4-5. 스위치로서의 트랜지스터스위치로서의 트랜지스터

차단 조건

• B-E 접합이 순방향 바이어스 되지 않으면 차단 상태

VCE(cutoff) = VCC

포화 조건

• B-E 접합이 순방향 바이어스 되면 충분한 큰 베이스 전류가 최대 컬렉터 전류를 만들며 트랜지스터는 포화

IC = (VCC – VCE(sat)) / RC

• 포화시키기 위한 베이스전류는 IB(min) = IC(sat) / βDC

응 용

TR 의 이상적인 스위칭 동작

TR 의 스위칭 동작 응용


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4-6. 4-6. 트랜지스터의 패키지 트랜지스터의 패키지

다목적 / 소신호 TR 의 프라스틱 및 금속 패키지


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전력 트랜지스터RF 트랜지스터

다수 패키지 트랜지스터


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chapter 4 바이폴라 접합 트랜지스터

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