[전자회로 개념정리] Bipolar Transistor

Bipolar Transistor

Bipolar Transistor

bipolar transistor는 세 개의 도핑된 SI 영역을 합하여 만들어졌다. 바깥의 두 개의 영역은 같은 극으로 도핑되어 있으며 가운데는 그와 반대되는 극으로 도핑되어 있다. 

 

Bipolar transistor는 이미터(Emitter), 베이스(Base), 컬렉터(Colllector) 세 개의 영역으로 나뉜다.  Bipolar Transistor는 BJT(Bipolar Junction Transistor)라고 표현하기도 한다. BJT는 npn형과 pnp형으로 나누어진다. 

 

동작영역 

cutoff, forward active , saturation 4개의 동작 영역이 존재한다.  

 

BJT의 특징

1. 이미터의 도핑농도가 배이스보다 크다. 

2. 배이스의 영역의 크기는 매무 얇다. 

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Forward Active Region

베이스와와 이미터 사이에 순방향 전압(forward bias)을 컬렉터와 베이스 사이에는 역방향 전압(reverse bias)을 인가한다. npn형일 경우 컬렉터에서 이미터로 전류가 흐르며, pnp형일 경우 이미터에서 컬렉터로 전류가 흐른다. 
*  V(BE) > 0 , V(BC) < 0 , V(CE) > V(BE)    npn형 BJT일 경우
*  V(BE) < 0 , V(BC) > 0 , V(CE) < V(BE)    npn형 BJT일 경우

베이스와 이미터 사이에 순방향 전압이 인가되어있을 경우, 베이스의 다수 캐리어(majority carrier)가 이미터로 이동하고  이미터의 다수캐리어는 베이스로 이동한다. 이 때 이미터의 도핑농도가 더 크기 때문에 이미터에서 베이스로 이동하는 전전하의 양이 더 많다. 이렇게 베이스로 이동한 전하는 collector에 인가된 역방향 전압에 의해 컬렉터로 이동하게 된다.  npn의 경우, 이렇게 이미터에서 컬렉터로 이동하는 다수 캐리어가 전자이기 때문에  전류는 컬렉터에서 이미터로 흐르게 된다. 전류의 방향은 전자의 이동 방향과 반대이기 때문이다. pnp형의 경우 이와 반대로 정공이 이동하여 이미터에서 컬렉터로 전류가 흐른다. 

 

 

이상적인 BJT의 경우 이미터와 컬렉터 사이의 전압은 컬렉터에 흐르는 전류의 크기에 영향을 미치지 않는다. 이 특성을 이용하여 베이스와 이미터 사이의 전압이 고정되어 있을 때 고정 전류원(constant current source)으로 사용할 수 있다. 

 

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Cut-Off

배이스와 이미터, 배이스와 컬렉터에 역방향 전압이 인가된 상태이다. 이때 전류는 흐르지 않는다. 스위치의 off 상태와 같은 기능을 한다. 

 

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Saturation

배이스와 이미터, 배이스와 컬렉터에 순방향 전압이 인가된 상태이다. 베이스와 컬렉터에서 전류가 흐르며 스위치의 on 상태와 같은 기능을 한다. 

 

Early effect 

이상적인 BJT의 경우, 컬렉터의 전압이 컬렉터의 전류에 영향을 미치지 않으나 실제 BJT는 그렇지 않다. 컬렉터와 이미터 사이의 전압이 증가함에 따라 베이스와 컬렉터 사이의 결핍 영역(depletion region)의 크기가 증가하고 Base의 폭이 줄어들게 된다. 이로인해 컬렉터의 전류가 증가하게 된다.