NPN 트랜지스터란 무엇인가?

NPN 트랜지스터란?

NPN 트랜지스터 정의

NPN 트랜지스터는 P형 반도체 층이 두 개의 N형 층 사이에 위치한 가장 널리 사용되는 양극 접합 트랜지스터 유형입니다.

NPN 트랜지스터 구조

위에서 논의한 바와 같이, NPN 트랜지스터는 두 개의 접합부와 세 개의 단자를 가지고 있습니다. NPN 트랜지스터의 구조는 아래 그림과 같습니다.

방출기와 집전기는 기판보다 넓습니다. 방출기는 고농도로 도핑되어 있으므로 많은 양의 전하 운반자를 기판으로 주입할 수 있습니다. 기판은 다른 두 영역에 비해 약하게 도핑되고 매우 얇습니다. 따라서 방출기로부터 방출된 대부분의 전하 운반자를 집전기로 전달합니다. 집전기는 중간 정도로 도핑되어 있으며 기판층에서 전하 운반자를 수집합니다.

NPN 트랜지스터 기호

NPN 트랜지스터의 기호는 아래 그림과 같습니다. 화살표는 집전기 전류 (IC), 기판 전류 (IB) 및 방출기 전류 (IE)의 일반적인 방향을 나타냅니다.

작동 원리

공급 전압 VEE에 의해 방출기-기판 접합부는 전방 편향 상태가 되고, 공급 전압 VCC에 의해 집전기-기판 접합부는 역방향 편향 상태가 됩니다.

전방 편향 상태에서는 공급 소스 (VEE)의 음극 단자가 N형 반도체 (방출기)에 연결됩니다. 마찬가지로, 역방향 편향 상태에서는 공급 소스 (VCC)의 양극 단자가 N형 반도체 (집전기)에 연결됩니다.

방출기-기판 영역의 소진 영역은 집전기-기판 접합부의 소진 영역보다 얇습니다 (소진 영역은 이동 가능한 전하 운반자가 존재하지 않는 영역이며, 이는 전류의 흐름을 저지하는 장벽처럼 작용합니다).

N형 방출기에서 주요 전하 운반자는 전자입니다. 따라서 전자는 N형 방출기에서 P형 기판으로 흐릅니다. 그리고 이러한 전자의 결과로, 방출기-기판 접합부를 통해 전류가 흐르기 시작합니다. 이를 방출기 전류 IE라고 합니다.

전자는 기판으로 이동하며, 기판은 재결합을 위한 제한된 구멍을 가진 얇고 약하게 도핑된 P형 반도체입니다. 따라서 대부분의 전자는 기판을 통과하고, 몇몇만 재결합합니다.

재결합 때문에 회로를 통해 전류가 흐르게 되며, 이를 기판 전류 IB라고 합니다. 기판 전류는 방출기 전류에 비해 매우 작으며, 일반적으로 전체 방출기 전류의 2-5%입니다.

대부분의 전자는 집전기-기판 접합부의 소진 영역을 통과하여 집전기 영역을 지나갑니다. 남아 있는 전자들에 의해 흐르는 전류는 집전기 전류 IC라고 합니다. 집전기 전류는 기판 전류에 비해 큽니다.

NPN 트랜지스터 회로

NPN 트랜지스터의 회로는 아래 그림과 같습니다.

다이어그램은 전압 소스가 어떻게 연결되는지를 보여줍니다: 집전기는 부하 저항 RL을 통해 VCC의 양극 단자와 연결되며, 이는 최대 전류 흐름을 제한합니다.

기판 단자는 기판 저항 RB를 통해 기판 공급 전압 VB의 양극 단자와 연결됩니다. 기판 저항은 최대 기판 전류를 제한하는 데 사용됩니다.

전원이 켜지면, 트랜지스터는 작은 기판 전류가 기판 단자로 들어오는 것을 통해 큰 집전기 전류를 흐르게 합니다.

KCL에 따르면, 방출기 전류는 기판 전류와 집전기 전류의 합입니다.

트랜지스터 작동 모드

트랜지스터는 접합부의 바이어싱에 따라 다양한 모드 또는 영역에서 작동합니다. 세 가지 작동 모드가 있습니다.

• 절단 모드

• 포화 모드

• 활성 모드

• 절단 모드

절단 모드에서는 두 접합부 모두 역방향 편향 상태입니다. 이 모드에서는 트랜지스터가 오픈 회로처럼 작동하며, 전류가 장치를 통과하지 않습니다.

포화 모드

트랜지스터의 포화 모드에서는 두 접합부 모두 전방 편향 상태에 연결됩니다. 트랜지스터는 클로즈 회로처럼 작동하며, 기판-방출기 전압이 높을 때 집전기에서 방출기로 전류가 흐릅니다.

활성 모드

이 모드에서는 방출기-기판 접합부가 전방 편향이고, 집전기-기판 접합부는 역방향 편향 상태입니다. 이 모드에서는 트랜지스터가 전류 증폭기로 작동합니다.

방출기와 집전기 사이에서 전류가 흐르며, 전류의 양은 기판 전류에 비례합니다.

NPN 트랜지스터 스위치

트랜지스터는 포화 모드에서는 ON 상태로, 절단 모드에서는 OFF 상태로 작동합니다.

두 접합부 모두 전방 편향 상태에 연결되고 충분한 전압이 입력 전압에 제공될 때, 집전기-방출기 전압은 거의 0에 가까워지고 트랜지스터는 단락 회로처럼 작동합니다.

이 상태에서는 집전기와 방출기 사이에서 전류가 흐르기 시작합니다. 이 회로에서 흐르는 전류의 값은 다음과 같습니다.

두 접합부 모두 역방향 편향 상태에 연결되면, 트랜지스터는 오픈 회로 또는 OFF 스위치처럼 작동합니다. 이 상태에서는 입력 전압 또는 기판 전압이 0입니다.

따라서, 집전기에 전체 Vcc 전압이 걸립니다. 그러나, 집전기-방출기 영역의 역방향 편향 때문에, 장치를 통과하는 전류가 흐르지 않으므로, 이는 OFF 스위치처럼 작동합니다.

절단 영역에서 트랜지스터의 회로 다이어그램은 아래 그림과 같습니다.

NPN 트랜지스터 핀 배치

트랜지스터는 세 개의 리드를 가지고 있습니다: 집전기 (C), 방출기 (E), 기판 (B). 대부분의 구성에서 중앙 리드는 기판입니다.

방출기와 집전기 핀을 식별하기 위해 SMD 트랜지스터 표면에 점이 있습니다. 이 점 바로 아래의 핀은 집전기이고, 나머지 핀은 방출기 핀입니다.

점이 없으면 모든 핀이 불규칙한 간격으로 배치됩니다. 여기서 중앙 핀은 기판이며, 중앙 핀과 가장 가까운 핀은 방출기이고, 나머지 핀은 집전기 핀입니다.