바이폴라 접합 트랜지스터 연결

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바이폴라 접합 트랜지스터 정의

바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)는 3단자 장치입니다. 이는 증폭기 또는 스위치로 작동할 수 있으며, 하나의 입력 회로와 하나의 출력 회로가 필요합니다. 3개의 단자만으로 이를 처리하기 위해, 하나의 단자가 입력과 출력 모두에 대한 공통 연결점을 제공합니다. 공통 단자의 선택은 응용 프로그램에 따라 달라집니다. 트랜지스터 연결에는 공통 베이스, 공통 에미터, 공통 컬렉터 3가지 유형이 있습니다.

공통 베이스 트랜지스터
공통 에미터 트랜지스터
공통 컬렉터 트랜지스터.

트랜지스터의 연결 방식이 무엇이든 간에, 베이스-에미터 접합은 전방향 바이어스를 유지하고, 베이스-컬렉터 접합은 후방향 바이어스를 유지해야 한다는 점을 기억해야 합니다.

BJT의 공통 베이스 연결

여기서 베이스 단자는 입력 및 출력 회로 모두에 공통입니다. 공통 베이스 구성 또는 모드는 아래 도면에서 보여주고 있습니다. 여기서 NPN 트랜지스터와 PNP 트랜지스터의 공통 베이스 모드가 각각 별도로 표시되어 있습니다. 여기서 에미터-베이스 회로는 입력 회로로, 컬렉터-베이스 회로는 출력 회로로 취급됩니다.

전류 이득

여기서 입력 전류는 에미터 전류 IE이고, 출력 전류는 컬렉터 전류 IC입니다. 전류 이득은 회로의 DC 바이어스 전압만 고려하고 입력에 교류 신호가 적용되지 않은 경우를 말합니다. 이제 입력에 교류 신호가 적용되는 경우를 고려하면 일정한 컬렉터-베이스 전압에서의 전류 증폭 인자(α)는 다음과 같습니다.

여기서 전류 이득이나 전류 증폭 인자가 1보다 큰 값을 갖지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 왜냐하면 컬렉터 전류가 에미터 전류보다 클 수 없기 때문입니다. 그러나 우리가 알고 있듯이, 바이폴라 접합 트랜지스터에서 에미터 전류와 컬렉터 전류는 거의 같으므로, 이러한 비율은 1에 매우 가깝습니다. 일반적으로 0.9에서 0.99 사이의 값입니다.

컬렉터 전류의 표현

에미터 회로가 열려 있다면, 에미터 전류(IC = 0)는 없을 것입니다. 그러나 이 상태에서도 컬렉터 영역을 통해 작은 전류가 흐르게 됩니다. 이것은 소수 전하 운반체의 흐름 때문이며, 이는 역방향 누설 전류입니다. 이 전류는 에미터 단자를 열린 상태에서 컬렉터와 베이스를 통해 흐르므로, 이 전류는 ICBO로 표시됩니다. 소전력 트랜지스터에서는 역방향 누설 전류 ICBO가 상당히 작아 계산 시 무시할 수 있지만, 고전력 트랜지스터에서는 이 누설 전류를 무시할 수 없습니다. 이 전류는 온도에 크게 의존하므로, 고온에서는 역방향 누설 전류 ICBO를 계산 시 무시할 수 없습니다. 이 식은 컬렉터 전류가 베이스 전류에도 의존함을 증명합니다.

공통 베이스 연결의 특성

입력 특성

이는 트랜지스터 자체의 입력 전류와 입력 전압 사이에 그려집니다. 입력 전류는 에미터 전류(IE)이고, 입력 전압은 에미터-베이스 전압(VEB)입니다. 에미터-베이스 접합의 전방향 장벽 전위를 초과하면, 에미터-베이스 전압(VEB)이 증가함에 따라 에미터 전류(IE)가 급격히 증가합니다.

회로의 입력 저항은 일정한 컬렉터-베이스 전압(VCB = 일정)에서 에미터-베이스 전압(ΔV EB)의 변화량 대비 에미터 전류(ΔIE)의 변화량의 비율입니다. 에미터 전류의 변화가 에미터-베이스 전압(ΔIE >> ΔVEB)의 변화에 비해 상당히 크므로, 공통 베이스 트랜지스터의 입력 저항은 상당히 작습니다.

출력 특성

베이스와 컬렉터 영역 사이에 충분한 역방향 바이어스가 설정될 때만 컬렉터 전류가 일정한 값을 얻습니다. 이것이 바로 낮은 컬렉터-베이스 전압에서 컬렉터-베이스 전압의 증가에 따라 컬렉터 전류가 증가하는 이유입니다. 그러나 특정 컬렉터-베이스 전압 이후, 컬렉터-베이스 접합은 충분한 역방향 바이어스를 받게 되어, 특정 에미터 전류에 대해 컬렉터 전류가 일정하게 되며, 이는 완전히 에미터 전류에 의존합니다.

이 상황에서, 베이스 전류를 제외한 전체 에미터 전류가 컬렉터 전류에 기여합니다. 지정된 에미터 전류에서 해당 특성 영역에서 컬렉터 전류가 거의 일정해짐에 따라, 컬렉터-베이스 전압의 증가에 비해 컬렉터 전류의 증가는 매우 작습니다.

컬렉터-베이스 전압의 변화량 대비 컬렉터 전류의 변화량의 비율이 트랜지스터의 공통 베이스 모드의 출력 저항으로 정의됩니다. 자연스럽게, 트랜지스터의 공통 베이스 모드에서 출력 저항의 값은 매우 높습니다.

BJT의 공통 에미터 연결

공통 에미터 트랜지스터는 가장 일반적으로 사용되는 트랜지스터 연결입니다. 여기서 에미터 단자는 입력 및 출력 회로 모두에 공통입니다. 베이스와 에미터 사이에 연결된 회로는 입력 회로이고, 컬렉터와 에미터 사이에 연결된 회로는 출력 회로입니다. 아래 도면에서 별도로 NPN 트랜지스터와 PNP 트랜지스터의 공통 에미터 모드가 표시되어 있습니다.

전류 이득

공통 에미터 구성을 사용할 때, 입력 전류는 베이스 전류(IB)이고, 출력 전류는 컬렉터 전류(IC)입니다. 바이폴라 접합 트랜지스터에서, 베이스 전류가 컬렉터 전류를 제어합니다. 컬렉터 전류(ΔIC)의 변화량 대비 베이스 전류(ΔIB)의 변화량의 비율이 공통 에미터 트랜지스터의 전류 이득으로 정의됩니다. 바이폴라 접합 트랜지스터에서, 에미터 전류(IE)는 베이스 전류(IB)와 컬렉터 전류(IC)의 합입니다. 베이스 전류가 변하면, 컬렉터 전류도 변하며, 결과적으로 에미터 전류도 그에 따라 변하게 됩니다.

다시 말해서, 컬렉터 전류의 변화량 대비 에미터 전류의 변화량의 비율은 α로 표시됩니다. 베이스 전류의 값이 컬렉터 전류(IB << IC)에 비해 상당히 작기 때문에, 공통 에미터 트랜지스터의 전류 이득은 상당히 높으며, 20에서 500 사이의 값입니다.

공통 에미터 트랜지스터의 특성

트랜지스터의 공통 에미터 모드에서는 두 가지 회로가 있습니다 - 입력 회로와 출력 회로. 입력 회로에서 매개변수는 베이스 전류와 베이스-에미터 전압입니다. 베이스 전류와 베이스-에미터 전압의 변화에 따른 특성 곡선이 공통 에미터 트랜지스터의 입력 특성입니다. 베이스와 에미터 사이의 pn 접합은 전방향 바이어스를 받으므로, 이 특성은 전방향 바이어스를 받는 pn 접합 다이오드의 특성과 유사합니다. 여기서도 베이스-에미터 전압이 접합의 전방향 장벽 전위를 초과하기 전까지는 베이스 전류가 어떠한 값도 얻지 않지만, 그 이후로는 베이스-에미터 전압의 증가에 따라 베이스 전류가 급격히 증가합니다. 베이스-에미터 전압에 대한 베이스 전류의 증가율은 여기서도 높지만, 공통 베이스 모드의 경우만큼 높지는 않습니다.

따라서 회로의 입력 저항은 트랜지스터의 공통 베이스 모드보다 높습니다.

공통 에미터 트랜지스터의 출력 특성

출력 특성은 트랜지스터의 출력 전류와 출력 전압의 변화에 따른 것으로 그려집니다. 컬렉터 전류는 출력 전류이고, 컬렉터-에미터 전압은 트랜지스터의 출력 전압입니다. 여기서는 일정한 베이스 전류에 대해 다양한 컬렉터-베이스 전압 값에 따른 컬렉터 전류의 변화를 플롯합니다. 처음에는 컬렉터-에미터 전압이 증가함에 따라 컬렉터 전류가 비례하여 증가하지만, 특정 전압 수준을 넘어서면 컬렉터 전류는 거의 일정하게 됩니다. 이는 처음에는 베이스-컬렉터 접합이 충분한 역방향 바이어스를 받지 못하지만, 특정 전압 이후로 충분히 역방향 바이어스를 받게 되어, 에미터 영역에서 베이스 영역으로 오는 대부분의 전하 운반체가 컬렉터 영역으로 이동하여 컬렉터 전류에 기여하기 때문입니다. BJT에서 에미터 영역에서 오는 주요 전하 운반체의 수는 베이스 전류에 의존하므로, 특정 베이스 전류에 대해 컬렉터 전류는 일정합니다.

출력 저항은 다음과 같습니다.

BJT의 공통 컬렉터 연결

공통 컬렉터 구성을 사용할 때, 입력 회로는 베이스와 컬렉터 단자 사이에 있고, 출력 회로는 에미터와 컬렉터 단자 사이에 있습니다.

베이스 전류의 변화량 대비 에미터 전류의 변화량의 비율이 공통 컬렉터 구성을 위한 전류 이득으로 정의됩니다. 이는 다음과 같이 표시됩니다.

회로의 전류 증폭 인자는 입력에 시간 변동 신호가 적용될 때, 베이스 전류의 변화량 대비 에미터 전류의 변화량의 비율로 정의됩니다.

공통 컬렉터 트랜지스터의 입력 특성

입력 전류는 베이스 전류이고, 트랜지스터의 입력 전압은 베이스-컬렉터 전압입니다. 베이스-컬렉터 접합은 역방향 바이어스를 받으므로, 베이스-컬렉터 전압이 증가함에 따라 접합의 역방향 바이어스가 증가합니다. 이로 인해 베이스-컬렉터 전압이 증가함에 따라 베이스 전류가 약간 감소합니다. 이 상태에서 베이스 영역의 소수 전하 운반체가 더 많이 컬렉터 영역으로 이동하여, 베이스 영역에서 전자-홀 재결합률이 감소하여 베이스 전류가 감소하게 됩니다.