해당 글의 전체적인 맥락의 설명은 아래 링크에 설명해 놓았다. 이 글은 자세한 원리를 설명하기 위해 설명해 놓은 것이고
구조나 결과 중심의 내용은 아래 링크를 읽어보는 것을 추천한다.
2021.10.15 - [회로 관련 전공/회로 과정 통합 글] - BJT의 NPN, PNP 동작과 얼리 효과(early effect)
BJT의 NPN, PNP 동작과 얼리 효과(early effect)
2차 수정 완료 22.03.13, BJT Transistor의 2차 효과 및 PNP 트랜지스터의 동작 조건을 추가함 Bipolar Junction Transistor(BJT)는 능동소자 중 하나이며 입력에 인가되는 전압이 전류로 변환을 해주는 V/I 변환기
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역방향 전압이 인가된 PN 접합
역방향 바이어스에 대한 내용은 아래 링크에 적혀 있다 읽으면 도움이 될 수 있다.
2022.02.11 - [회로 관련 전공/회로 과정 통합 글] - 바이어스(Bias)의 의미와 PN 접합의 평형 상태, 순방향 바이어스, 역방향 바이어스에 대해 알아보자
바이어스(Bias)의 의미와 PN 접합의 평형 상태, 순방향 바이어스, 역방향 바이어스에 대해 알아보
PN 접합은 전자회로에서 아주 중요한 부분이다. 해당 글을 읽는 사람들에게 어떻게 쉽게 이해시킬 수 있을까에 대해 고민을 많이 해보았습니다. 자세한 수식 유도를 알고 싶으신 분들은 "고체전
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능동 모드에서의 바이폴라 트랜지스터의 동작
Step 1. 베이스-이미터간 전자와 정공의 흐름파악
아래 그림 1을 보도록 하자
NPN 트랜지스터의 이미터는 n+로 표기되어 있는데 이는 불순물의 고농도를 의미한다. 그림 1에서 베이스-이미터 전압(Vbe)는 순방향 바이어스가 인가되어 있고, 확산으로 인해 고농도로 도핑된 이미터의 수많은 전자들이 베이스로 이동한다.
다시 말해 이미터(Emitter)는 많은 수의 전자를 베이스로 공급하고, 베이스(Base)로 부터 소수의 정공을 받아들이게 된다.
Step 2. 베이스-컬렉터간 전자와 정공의 흐름 파악
그림 2는 콜렉터(collector) 방향으로 전자가 어떻게 이동하는지에 대한 메커니즘을 기술한 것이다. 먼저 하단에 있는 빨간 박스를 통해 역방향 바이어스가 인가되고 공핍층 "오른쪽(P형 반도체 쪽)"에 전자 하나를 주입했다고 가정하자
P영역에 소수캐리어로 동작하여 전자는 전계(E)를 형성하고 N 영역으로 흡수되는데 이는 드리프트(drift) 현상으로 인해 전자가 이동하는 것이다. 이를 통해 알 수 있는 점은 이미터 영역에서 확산된 전자를 효과적으로 흡수하기 위해 PN 접합을 역방향 바이어스로 하는 것이다.
이미터의 영역은 얇아 대부분의 전자는 C-B 접합에 존재하는 공핍 영역 가장자리(주입된 전자로 볼 수 있음)에 도착하고 전자는 컬렉터 영역으로 휩쓸려 가게된다. 휩쓸린 전자들은 배터리 단자에 흡수하게 된다. 이에 대한 설명은 그림 2 t=t1과 t=t2 일 때의 현상을 설명한 것이다.
이를 통해 알 수 있는점은 이미터에 확산을 통한 전자의 전류는 컬렉터로 흐르는 전류를 가지고 정공의 흐름은 베이스 전류, 두 전류의 합은 이미터 지나는 전류임을 알 수 있다.
컬렉터 전류와 베이스 전류
(Collector & Base current)
컬렉터 전류는 아래와 같이 설명할 수 있다.
유도과정은 생략하였다.[E, B, C는 이미터 베이스 컬렉터를 의미하고 N은 불순물 농도, W는 폭이다] 식 1의 녹색 박스는 다이오드 전류식인데 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류는 다이오드와 유사함을 알 수 있다. 다만 역방향 포화전류(Is)는 이미터의 단면적을 통해 정해짐을 알 수 있고 베이스-이미터 전압(Vbe)은 다이오드 양단에 걸리는 VD와 유사함을 확인 할 수 있다.
베이스 전류는 이미터로 공급하는 역주입과 컬렉터로 이동하는 전자와 재결합을 통해 생성이된다. 따라서 식은 아래와 같이 적을 수 있다.
여기서 β는 전류 이득(current gain) 이다. npn 트랜지스터의 경우 50 ~ 200 사이의 값을 가진다.
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2022.01.13 - [전공(Major)/전자회로 1 과정] - 전자회로 1 커리큘럼
전자회로 1 커리큘럼
전자회로 1 커리큘럼입니다. 기본적으로 반도체 공학에서 배웠던 능동소자(Diode, BJT, MOSFET)를 통해 단일 증폭기를 설계한다. 회로를 해석하는데에 있어 회로이론에서 배운 회로 해석기법을 사용
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