트렌지스터 기본 구조/원리(P/N형, 다이오드, NPN) 트랜지스터

- Transistor란

- 종류와 타입

- P형/N형 & 다이오드

- 항복전압

- Transistor 원리

 

 

 Transistor 란

트렌지스터는 입력과 출력을 가지고, 신호를 증폭이나 변환시켜 전기에너지를 변환시키는 능동소자입니다.

(수동소자: 전기 에너지를 스스로 발생시킬 능력 없이, 에너지를 소비하거나 축적, 통과시키는 소자: 저항, 콘덴서, 다이오드)

 

Transistor란:

트랜지스터란 규소나 게르마늄으로 만들어진 p형 반도체와 n형 반도체를 를 세 겹으로 접합하여 만든 전자회로 구성요소입니다. 트랜지스터(Transistor)라는 말은 'Transfer resistor-변화하는 저항' 에서 유래된 합성어이며 작고, 가볍고, 소비전력이 적어 편리하며 트렌지스터에 반도체, 다이오드 기능을 포함시키면 증폭, 발진, 스위칭, 정류, 검파 등의 기능으로도 이용이 가능합니다.

 

설명이 간단히 잘 되어 있어서 가지고 왔습니다. 포스팅 읽기 전 or 후에 보시면 도움 될거 같습니다 :)

 

 종류와 타입

 

https://kocoafab.cc/tutorial/view/579

트랜지스터를 작동되는 방향에 따라 2가지로 나누면 컬렉터에 음의 전압을 걸어 사용하는 PNP형과 양전압을 걸어 사용하는 NPN형이 있습니다.. PNP형은 주로 게르마늄(Ge), NPN형은 주로 실리콘제의 경우가 많습니다.

E(emitter)로 표시되는 이미터는 총 전류가 흐르고, 얇은 막으로 된 베이스(B:base)가 전류흐름을 제어하며, 베에스에 입력된 증폭된 신호가 컬렉터(C:collector) 로 흐르게 됩니다. (보통 베이스와 컬렉터의 전류 비는 10~100배라 합니다.)

 

https://kocoafab.cc/tutorial/view/579

 

 

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 P형/N형 & 다이오드

 

https://m.blog.naver.com/wjdendyd100/220820302979

동영상에서 간단히 설명이 되어 있지만,

기본적으로 자유전자를 만들 수 없는 원소들로 이루어진 무리 속에, 그 원소를 전자를 더 갖고 못 갖는 원소로 대체 하는 것을 도핑이라 하며, 이로 인해 만들어지는 것이 N/P형 반도체 입니다.

 

N형 반도체는 자유전자를 더 갖고 = 전자 캐리어를 갖고

P형 반도체는 자유전자를 덜 갖고 = 전자 부족, 양공 여유, 양공 캐리어를 갖는다고도 표현합니다.

 

그리고 이 N형/P형 물질이 접하면, 그 접하는 면을 통해 전자의 이동이 일어나고, N/P형 답지 않게 원자 주변에 전자가 짝을 이루는 구간이 생깁니다. 이를 공핍층이라 하고, 이 공핍층은 전자의 이동을 방해하는 벽/막으로 보면 됩니다. 이러한 장벽을 넘기 위해 흐름을 만들어 줄 올바른 방향의 에너지가 필요하고, 실리콘의 경우 0.7V, 게르마늄의 경우 0.3V이상의 전위차가 필요하게 됩니다.

 

https://m.blog.naver.com/wjdendyd100/220820302979

앞서 공핍층을 넘기 위해 올바른 방향의 에너지가 필요하다 했습니다. 이를 공핍층을 줄이는 방법으로도 볼 수 있겠습니다. P형에 +전지를 N형에 -전지를 각각 연결하면, 척력에 의해 각각의 캐리어들이 반대방향으로 이동하고, 흐름을 만들어 내고, 공핍층을 줄입니다. 반대의 경우 공핍층이 넓어지며 흐름을 크게 방해합니다.

 

이런식으로 한쪽이 P형, 다른 한쪽이 N형 반도체로 구성된 것이 다이오드입니다. 한 방향의 흐름은 막고, 다른 한 방향으로만 흐를 수 있게 해주는.

 

 

 항복전압

 

항복 전압, 순간적인 전류 상승, 다이오드를 파괴해버린다. 역방향으로 전류를 흐를 수 있게 하는 전압. 이 항복전압의 정도는 불순물의 농도에 따라 조절가능하며 다이오드의 종류에 따라 10~1000V로 다양하다.

 

 

 Transistor 원리

 

베이스에서 신호를 주면 이미터에서 전자/정공을 보내고, 콜렉터로 가서 출력한다. 베이스는 막이 얇아서 전자/정공이 그냥 통과한다.

 

베이스:전류의 흐름을 제어하는 곳 (불순물을 적게 첨가,폭이 좁음)

이미터(Emitter): 총 전류가 흐르는 곳 불순물을 많이 첨가(도핑을 많이함,폭이 넓음)

콜렉터(collector):증폭된 신호가 흐르는 곳 (불순물을중간정도 첨가)

 

NPN Transistor (PNP는 반대로 생각하면 됩니다.)

회로, 전원부 연결은 아래 그림과 유튜브를 참고하면 되겠습니다.

https://m.blog.naver.com/wjdendyd100/220820302979

이미터와 베이스 사이에 순방향으로 전류가 흐르면, 베이스에서 이미터로 전류가 흐를 때 베이스의 전자와 정공뿐 아니라 콜렉터의 전자와 정공 또한 같이 글고 간다. 즉, 1:1이 아니라 10~100배의 비율로 끌고 가고 이를 전류 증폭률이라 한다. (전자는 이미터에서 콜렉터로, 정공(전류)은 콜렉터에서 이미터로 이동하며 전류 증폭)

 

즉, 이러한 흐름 속에서.

• 전압을 걸어 이미터 쪽에 있는 N형의 일부 전자는 P형쪽으로 이동하여 정공과 결합하고,
• 콜렉터와 베이스 사이는 역방향의 전압이 걸리니 형성된 넓은 공핍층으로 인해 전류/전자의 흐름을 억제한다.
• 하지만 이미터에서 온 나머지 N형의 전자로 인해 높아진 캐리어 밀도가 P형 층을 뛰어넘어 컬렉터 쪽으로 이동하게 되고,
• 이렇게 더해진 전자들로 인해 증폭된 값을 받아낼 수 있게 됩니다.

베이스에 전류가 흘러 들어와야지 컬렉터에서 이미터로 전류가 흐르게 됩니다.

 

 

마무리

 

이미터-베이스 사이의 전류를 입력신호로 하고, 이미터-컬렉터 사이의 전류를 출력신호로 하여, 증폭작용을 얻을 수 있다.

 

• 전류나 전력이 진짜로 증폭되는 것이 아니다. 
• Base로 닿은 소신호가 Emitter에서 Collector로 흘러가는 전류의 파형과 동일하기에 증폭이라 한다.
• 트렌지스터에서 갑자기 만들어낸 에너지가 아닌, 배터리(전원)에서 뽑아온 에너지이다.

IE(이미터 전류)=IB(베이스 전류)+IC(콜렉터 전류)

콜렉터 전류 IC=HFE x IB 즉 전류증폭률 X 베이스 전류