BJT의 기본구조 와 전류 전압 특성

1. BJT의 기본구조

BJT는 2개의 p형 반도체층(NPN 트랜지스터) 사이에 얇은 n형 반도체층 또는 2개의 n형 반도체층(PNP 트랜지스터) 사이에 끼워서 형성된 2개의 p-n 접합으로 구성된 3단자 전자소자입니다. BJT의 장치 구조는 이미터, 베이스, 콜렉터의 세 영역으로 구성됩니다. 이미터는 불순물이 많이 도핑되어 전자 농도를 증가시켜 NPN 트랜지스터에서는 n형 영역, PNP 트랜지스터에서는 p형 영역이 됩니다. 베이스에 불순물이 약간 도핑되어 있어 디바이스의 중앙에 얇은 영역이 형성됩니다. 컬렉터는 불순물이 적당히 도핑되어 있어서 베이스보다 넓은 영역이며, NPN 트랜지스터에서는 n형 영역이고 PNP 트랜지스터에서는 p형 영역입니다. BJT의 작동은 n형 영역의 구멍과 p형 영역의 전자인 소수 캐리어의 이동에 기초합니다. NPN 트랜지스터에서 전자는 이미터에 양의 전압이 인가되면 이미터에서 베이스로 흐르며, 여기서 전자는 구멍과 결합합니다. 이러한 재조합 과정들은 이미터로부터 베이스로 전류 흐름을 초래합니다. 이러한 재결합된 전자 중 일부는 베이스에서 콜렉터로 이동하여 콜렉터에서 이미터로 더 큰 전류 흐름을 생성합니다. PNP 트랜지스터에서 방출기에 음의 전압이 인가되면 방출기에서 기저부로 구멍이 흘러 전자와 결합합니다. 이러한 재조합 과정들은 이미터로부터 베이스로 전류 흐름을 초래합니다. 이러한 재결합된 구멍 중 일부는 베이스에서 컬렉터로 이동하여 이미터에서 컬렉터로 더 큰 전류 흐름을 생성합니다. BJT의 소자 구조는 그 작동에 중요한 역할을 하며, 이미터, 베이스 및 컬렉터 영역의 두께 및 도핑 농도의 변화는 트랜지스터의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

2. BJT의 전류전압 특성

바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)의 전류-전압(IV) 특성은 주어진 기본 전류(Ib)에 대한 수집기 전류(Ic)와 수집기-방출기 전압(Vce) 사이의 관계를 설명합니다. 이러한 특성은 전자 회로에서 BJT의 동작과 성능을 이해하는 데 필수적입니다. BJT IV 특성은 전방 활성 모드와 포화 모드의 두 가지 다른 작동 모드로 나타낼 수 있습니다. 순방향 활성 모드에서, 베이스-이미터 접합은 순방향 바이어스이고, 베이스-수집기 접합은 역방향 바이어스입니다. 그 결과, 작은 베이스 전류(Ib)는 트랜지스터를 통해 큰 컬렉터 전류(Ic)를 흐르게 합니다. 이 작동 모드는 앰프 회로에서 가장 일반적으로 사용됩니다. BJT의 순방향 활성 모드 IV 특성은 출력 특성으로 알려진 곡선 집합으로 설명될 수 있습니다. 이러한 곡선은 다양한 기본 전류(Ib) 값에 대한 수집기 전류(Ic)와 수집기-방출기 전압(Vce) 사이의 관계를 보여줍니다. 포화 모드에서, 베이스- 이미터와 베이스- 컬렉터 접합부는 모두 순편향이며, 컬렉터 전류(Ic)는 컬렉터- 이미터 전압(Vce)에 의해 제한됩니다. 이 작동 모드는 스위치 회로에서 사용됩니다. BJT의 포화 모드 IV 특성은 전달 특성으로 알려진 일련의 곡선으로 설명할 수 있습니다. 이러한 곡선은 다양한 컬렉터-에미터 전압(Vce) 값에 대한 컬렉터 전류(Ic)와 베이스-에미터 전압(Vbe) 사이의 관계를 보여줍니다. 순방향 활성 모드와 포화 모드 모두에서, BJT의 IV 특성은 비선형적이며, 온도 및 BJT 매개 변수의 변화와 같은 다른 요인에 따라 달라집니다. 이미터, 베이스 및 컬렉터 도핑 농도에 대한 적절한 값을 선택하고, BJT 바이어스 조건을 제어함으로써 BJT의 성능을 최적화할 수 있습니다.

3. DC 전압에 대한 BJT 분석

DC 전압에 대한 BJT(양극 접합 트랜지스터) 회로를 분석하려면 다음 단계를 수행할 수 있습니다: BJT 단자 식별: BJT에는 이미터, 베이스 및 컬렉터의 세 가지 단자가 있습니다. 이미터는 일반적으로 접지 또는 저전압 기준에 연결되는 반면, 컬렉터는 일반적으로 전원 공급 장치 또는 부하에 연결됩니다. 회로 다이어그램: BJT 회로의 회로 다이어그램을 그리고 구성 요소와 연결부에 레이블을 붙입니다. DC 전압 소스 적용: 모든 AC 전원을 동등한 DC 전원으로 교체합니다. 이것은 콘덴서를 개방 회로로 교체하고 인덕터를 단락 회로로 교체하는 것을 의미합니다. 바이어싱 조건을 결정: 회로의 바이어싱 조건을 결정합니다. 바이어스는 트랜지스터의 작동 지점을 설정하기 위해 BJT 단자에 올바른 DC 전압을 인가하는 프로세스입니다. 기본 전류 계산: 분압기 규칙을 사용하여 기본 전류(Ib)를 계산합니다. 분압기 규칙은 베이스의 전압이 베이스-에미터 전압(Vbe)과 베이스와 전원 공급기 사이에 연결된 저항의 비율의 곱과 같습니다. 컬렉터 전류를 확인: 트랜지스터 특성을 이용하여 베이스 전류(Ib)와 β 값과 같은 트랜지스터 파라미터에 기초하여 컬렉터 전류(Ic)를 결정합니다. 전압 강하 계산: 옴의 법칙을 사용하여 회로 내 저항기 및 기타 구성 요소의 전압 강하를 계산합니다. 바이어싱 조건을 확인: 회로의 바이어싱 조건이 트랜지스터가 원하는 영역에서 작동할 수 있는 올바른 범위 내에 있는지 확인합니다. 결과 분석: 결과를 분석하여 트랜지스터의 작동 지점, 구성 요소 간 전압 강하 및 회로에 의해 분산되는 전력을 확인합니다. 이러한 단계를 따름으로써 DC 전압에 대한 BJT 회로를 분석하고 원하는 성능을 위해 회로를 설계하고 최적화하는 데 필요한 정보를 얻을 수 있습니다.