40. 바이폴라 트랜지스터의 기본 동작
바이폴라 트랜지스터(Bipolar Transistor)는 반도체의 pn 접합을 이용하여 만든 트랜지스터의 일종. 접합형 트랜지스터라고도 합니다. pnp와 npn이라는 2가지 접합 구조가 있고 각각의 접합 구조에서는 전류가 흐르는 방향이 반대로 됩니다. 3단자 구조에서 각각의 명칭은 이미터(E), 베이스(B), 컬렉터(C)입니다. 전류 증폭 및 스위칭 등의 역할로 사용됩니다. 바이폴라 트랜지스터라는 이름의 유래는, 동작에 관련된 캐리어가 전자와 정공 2종류가 있으므로 bi(2를 의미)라는 명칭이 사용되고 있습니다. polar는 극의 의미입니다. 한편, 전기장 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)는 동작에 관련된 캐리어가 전자 또는 정공뿐으로 1종류이기 때문에 uni(1을 의미)와 polar를 연결한 호칭이 사용되고 있습니다. 최초에 발명된 트랜지스터가 바이폴라 트랜지스터이기 때문에 현재에도 단순히 트랜지스터라고 하면 바이폴라 트랜지스터를 지칭하는 것이 많습니다.
특장
특장 중 하나로, 작은 베이스 전류에 대해서 그 수십~수백 배에 달하는 컬렉터 전류가 흐르는 것을 들 수 있습니다. 이러한 특장을 이용하여 증폭 기능을 실현합니다. 컬렉터 전류는 컬렉터 전압이 변화하여도 거의 일정하게 유지됩니다(정전류 특성). 베이스-이미터 사이는 다이오드와 똑같은 구조이므로 베이스 전류를 흘리기 위해서는 베이스 전압을 이미터 전압보다 0.6~0.7V 정도 높게 유지해야만 합니다(npn형인 경우). 그 전위차를 이용하여 스위칭 기능을 실현합니다. 일반적으로 전기장 효과 트랜지스터(FET)와 비교하면 증폭률은 높아집니다. 그러나 모든 전류 모드에서 동작하기 때문에 전체적으로 동작할 때의 소비 전력이 높아집니다. 대전력을 다룰 때에는 전압 모드에서 동작하는 전기장 효과 디바이스(진공관이나 FET)에 비해 불리하게 됩니다. 그러므로 매우 작은 신호를 증폭할 때는 트랜지스터를 동작하는 데 필요한 전류를 얻지 못하면 실현할 수 없게 됩니다. 스위칭 소자로 사용할 때에는 다이오드 접합에 전류를 흘리는 구조의 특유한 소수 캐리어 축적 효과 때문에 본질적으로 동작 속도에 한계가 있다는 점에 주의해야 합니다. 그러나 스위치의 온/오프 제어 신호로 전류를 흘리면 전압은 접합부의 포화 전압(일반적인 바이폴라 트랜지스터의 경우 0.6~0.7V)만 필요하므로 전압 공급에 제약이 있는 용도에는 사용하기 쉽다고 할 수 있습니다.
종류
앞서 설명한 바와 같이 3개의 단자는 각각 이미터(E), 베이스(B), 컬렉터(C)라고 합니다. pnp 구조와 npn 구조 모두 중앙의 단자는 베이스입니다. 이미터, 베이스, 컬렉터 단자는 진공관의 캐소드, 그리드, 플레이트 단자에, 전기장 효과 트랜지스터(FET)의 소스, 게이트, 드레인에 각각 대응됩니다. npn 트랜지스터는 n형, p형, n형 순으로 반도체를 적층시킨 것이고 pnp 트랜지스터는 p형, n형, p형 순으로 반도체를 적층시킨 것입니다. 모두 표기는 대칭형이지만 실제 트랜지스터에서는 이미터 측 반도체의 불순물 농도를 높게 하지 않으면 정상적으로 동작시킬 수 없습니다.
주요 최대 정격
컬렉터・ 이미터간 최대 전압 |
![]() |
베이스를 개방 상태로 했을 때 이미터와 컬렉터 사이에 인가할 수 있는 최대 전압값. 그 값을 초과하는 전압을 인가하면 접합부에 전자사태 항복이 발생하여 파괴된다. |
---|---|---|
최대 컬렉터 전압 |
![]() |
컬렉터와 베이스 사이에 인가할 수 있는 최대 전압값 |
최대 이미터 전압 |
![]() |
이미터와 베이스 사이에 인가할 수 있는 최대 전압값 |
최대 컬렉터 전류 |
![]() |
컬렉터에 연속적으로 흘릴 수 있는 최대 전류값. 또는 실제로 견딜 수 있는 증폭률을 얻을 수 있는 최대 컬렉터 전류값 |
최대 베이스 전류 |
![]() |
베이스에서 이미터로 흘릴 수 있는 최대 전류값 |
최대 컬렉터 손실 |
![]() |
연속해서 소비할 수 있는 최대 컬렉터 전력 손실 |
주요 전기적 특성
직류 전류 증폭률 |
![]() |
이미터 접지 증폭 회로에서 베이스 전류에 대한 컬렉터 전류의 비율 |
---|---|---|
차단 주파수 |
![]() |
전류 증폭률이 1이 되는 주파수. 트랜지션 주파수라고도 합니다. |