트랜지스터란?

N형 반도체와 P형 반도체를 PNP / NPN 형태로 접합한 구조의 소자로 전류의 흐름등을 조절할 수 있도록 하여 만든 회로구성에서 중요한 반도체 소자입니다. 세 가지 기능, 즉 스위칭, 검파, 증폭용으로써 모든 전자 시스템에 한가지 또는 여러 가지 형태로 사용됩니다.

:: 트랜지스터의 역사

1948년에 세명의 물리학자 (W. Shockley, J. Bardeen, W. Brattain)에 의해 트랜지스터가 발명되었으며 당시 전자 공업계에 상당한 충격을 주었습니다. 그로부터 전자 산업은 빠르게 발전하기 시작했으며 오늘날 엘렉트로닉스 시대의 개막에 시초가 되었습니다. 그 후의 컴퓨터를 시작으로 전자공학의 급속한 발전은 우리의 생활을 편리하고 풍부하게 해 주었습니다. 트랜지스터는 당초 게르마늄이라는 반도체로 만들어?으나 게르마늄은 약 80℃정도의 온도밖에 견디지 못하는 결점이 있었습니다. 이때문에 지금에 와서는 거의 실리콘을 이용하고 있으며 실리콘은 약 180℃ 이상의 온도에도 견딜 수 있는 물질입니다.

:: 트랜지스터의 동작원리

PNP형 트랜지스터의 동작원리

P형, N형, P형의 반도체를 아래 그림과 같이 접합하고 각 반도체로부터 도선을 내놓으면 PNP형 트랜지스터가 됩니다. 세 조각의 반도체중 가운데의 엷은 막으로 되어있는것은 베이스(B : Base)라고 하고 베이스의 양쪽에 있는 다른 종류의 반도체중 작은 쪽은 이미터(E : Emitter)라 하며 큰 쪽은 콜렉터(C : Collector)라고 합니다. 위의 그림과 같은 트랜지스터(TR)는 P형, N형, P형의 순서로 접합되어 있으므로 PNP형 트랜지스터라고 합니다. PNP형 TR을 아래의 그림과 같이 이미터와 베이스 사이에 순방향으로 전압 VBE를 공급하면 이 때는 PN접합의 2극에서 순방향 전압을 공급한 것이 되므로 이미터에서 베이스 측으로 정공이 이동하여 그림의 점선과 같이 순방향 전류가 흐르게 됩니다. 이때 전자는 정공과 반대 방향으로 즉, 베이스에서 이미터측으로 이동합니다. 이 때 아래의 그림과 같이 콜렉터와 베이스 사이에 역방향으로 더 높은 전압 VCE를 공급하면 이미터에서 베이스 측으로 들어가던 정공의 대부분이 콜렉터 측의 높은 전압에 끌려 콜렉터 측으로 이동하고 소수의 정공만이 베이스측으로 이동합니다. 즉 대부분의 전류는 콜렉터 측으로 흐르고 작은 전류가 베이스측으로 흐르게 됩니다. 순방향 전압 VBE에 의하여 이미터 측의 정공이 이동 할 때는 원래 베이스 측으로 이동하기 위하여 베이스의 영역내로 들어가게 되나 정공이 베이스의 영역에 일단 들어가면 훨씬 높은 전압이 걸려있는 콜렉터에 가까워 졌으므로 정공은 대부분 콜렉터에 끌려가고 소수의 정공이 베이스 측으로 이동하게 되는 것입니다. 그러므로 순방향 전압 VBE를 높여서 이미터로부터 베이스측으로 들어가는 정공의 수를 많아지게 하면 거기에 비례하여 콜렉터 측으로 끌려가는 정공의 수도 자연히 많아지게 됩니다. 따라서 TR은 순방향 전압 VBE에 의하여 베이스 전류(Ib)를 증가시키면 콜렉터 전류(Ic)는 자연히 증가하게 되는 것입니다. 이와 같은 원리로 동작하는 TR은 일반적으로 콜렉터 전류가 베이스 전류보다 수배~수십배로 증가하여 흐릅니다. 위와 같은 경우 이미터 전류(Ie)를 100mA흐르게 하면 콜렉터 전류 (Ic)는 99mA가 흐르고 베이스전류(Ib)는 1mA가 흐르게 됩니다. 마찬가지로 이미터 전류(Ie)를 200mA흐르게 하면 콜렉터 전류 (Ic)는 198mA가 흐르고 베이스전류(Ib)는 2mA가 흐르게 됩니다. 그러므로 이런 TR은 Ib가 1mA에서 2mA로 1mA증가할때 Ic는 99mA에서 198mA로 99mA가 증가하게 되므로 Ic는 Ib의 99배나 확대되어 흐르는 것이 됩니다. 이와 같은 예에서 Ic는 Ib가 99배 전류증폭이 되었다고 하며 이 TR은 전류증폭률이 99라고 합니다. 이 처럼 TR은 베이스 측으로 약간의 전류만 흘려도 콜렉터 측으로는 수배내지 수십배로 큰 전류가 흐르게 하는 전류 증폭 자용이 있는 것입니다. 그리고 이때 이미터에 흐르는 전류(Ie)는 콜렉터 전류 (Ic)와 베이스 전류(Ib)로 나누어져 흐르므로 항상 Ie = Ic + Ib의 관계가 성립합니다.

:: 다이오드의 회로 기호

회로도 기호 명칭 설명 일반 범용 다이오드 정류 , 스위칭 , 검파용 Zener diode 정전압 다이오드 Schottky Barrier Diode 고주파 스위칭용 Variable-capacitance Diode 가변 용량 다이오드. 고주파 동조용 브릿지 다이오드 전원 정류용 발광 다이오드 디스플레이용

NPN형 트랜지스터의 동작원리

위의 그림은 N형, P형, N형의 순으로 서로 잡합된 NPN형 트랜지스터입니다. NPN형 트랜지스터 역시 PNP형 트랜지스터와 같이 가운데에 엷은 막으로 되어 있는 것이 베이스이고 양쪽에 있는 다른 종류의 반도체 중 작은 쪽은 이미터이며 큰 쪽은 콜렉터입니다. PNP형에서는 이미터에 들어있는 정공이 전류를 운반하였으나 NPN형에서는 이미터에 들어있는 전자가 전류를 운반합니다. NPN형 트랜지스터에서는 이미터에서 베이측으로 들어가던 전자의 대부분이 콜렉터 측의 +전압에 끌려가는 동작을 합니다. 즉 아래의 그림과 같이 NPN형 트랜지스터의 이미터-베이스 사이에 순방향 전압 VEB를 공급하면 이미터에서 콜렉터 측으로 전자가 이동합니다. 전류는 전자의 방향과 반대이므로 이 때 전류는 베이스에서 이미터측으로 흐릅니다. 그런데 이 때 아래의 그림과 같이 콜렉터-베이스 사이에 역방향으로 더 높은 전압 VCB를 공급하면 이미터에서 베이스 측으로 들어가던 전자의 대부분이 콜렉터 측의 높은 전압에 끌려 콜렉터 측으로 이동하게 되는 것입니다. 여기에서도 Ib가 흐르면 Ic가 흐르고 Ib가 증가하면 Ic가 수배내지 수십배 정도로 크게 증폭되어 흐릅니다. 트랜지스터의 기능을 수도에 비유해 보면 이해가 쉽습니다. 베이스는 수도의 벨브, 콜렉터는 수도꼭지 그리고 이미터는 수도배괸에 비유할 수 있습니다. 수도벨브를 작은힘(베이스의 입력신호)으로 콘트롤 하여 수도꼭지에서 많은 물이 나오며 물의 양(콜렉터 흐르는 전류)을 조절한다고 생각하면 이해하면 정확합니다.

:: 다이오드의 회로 기호

회로도 기호 명칭 설명 일반 범용 다이오드 정류 , 스위칭 , 검파용 Zener diode 정전압 다이오드 Schottky Barrier Diode 고주파 스위칭용 Variable-capacitance Diode 가변 용량 다이오드. 고주파 동조용 브릿지 다이오드 전원 정류용 발광 다이오드 디스플레이용