[📃칼럼] 트랜지스터 정리

[익명(211.207)]

*주딱님의 훌륭한 칼럼

https://gall.dcinside.com/mgallery/board/view/?id=physics2&no=59169

안녕하세요, 기초전자회로 시험 하루 앞두고 공부하기 싫어 들어온 지나가는 전붕이입니다.

N(>>1)년째 수능 물2로 돈벌어먹고 있는데 마침 시험 범위가 떡밥이랑 겹쳐서 와봤읍니다.

트랜지스터가 중요한 개념이지만, 이를 포함한 회로를 제대로 배우는 과는

전기과밖에 없다는 것을 아시나요? (물천, 물교, 컴공 모두 제대로 안배움 ㅋㅋㅈㅅ)

암튼 물2갤러들을 위해, 그리고 제 시험을 위해 칼럼 하나 써보려고 합니다.

트랜지스터의 기본(pnp, npn, 작동 범위, 전류 증폭률)은 안다고 가정함.

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선 2줄요약

1. 트랜지스터는 옴의 법칙이 통하지 않는다.

2. 외워야 할 공식은 I_C = I_S * {exp(V_BE / V_T) - 1}, I_C=beta*I_B, I_E=I_B+I_C 뿐이다.

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1. Transistor라는 이름은 Trans+Resistor에서 왔습니다.

두 지점을 "연결"해주는 일종의 "저항"이란 것이죠.

특히 우리가 배우는 BJT는 전압을 걸어 전류를 제어하는 소자입니다.

마치 3옴에 6V 걸어서 2A 흐르게 하는 것처럼, 근데 정비례가 아니게.(매우 중요)

그럼 어떻게 연결하느냐? 그게 바로 이 공식입니다.

I_C = I_S * {exp(V_BE / V_T) - 1}

I_S, V_T는 상수니까, 똑똑한 물2갤러 여러분들은 컬렉터 전류가 a^(베이스-이미터 전압)에 비례한다고 기억하시면 되겠습니다.

(뒤의 -1은 지수함수가 ㅈㄴ 크므로 어차피 무시됩니다)

아니, 컬렉터 전류만 알면 어떡함?

님들 전류 증폭률 배웠잖아요?

I_B=I_C/beta, I_E=I_B+I_C

이 두가지로 나머지 전류도 다 구하시면 되는 거에요.

물론 전류 증폭률은 상수입니다. (사실 아닌데 고딩 수준에선 뭐..)

2. 트랜지스터의 작동 영역

트랜지스터가 작동하려면 2가지가 필요하죠?

(1) 이미터-베이스 순방향 전압

(2) 베이스-컬렉터 역방향 전압

이 2가지를 모두 만족해야만 위의 방정식이 성립하게 됩니다.

이럴 때는 "Active Region"이라고 부르는데, 수능 수준에선 보통 "전류를 증폭하고 있다"로 쓰는 듯.

3. 도대체 뭘 "증폭" 하는가?

사실 고등학교 물2만 가지고는 왜 "증폭" 작용인지 모르는 게 정상입니다.

증폭 작용은 "교류"를 넣을 때 비로소 일어납니다.

교과서 보니 공통 이미터 회로가 나오던데 그거 교과서 읽고 이해하면

님은 회로의 신이니까 꼭 제 후배로 오신 다음에 회로테크 타시고 유학가서 돈 ㅈㄴ 쓸어담으십쇼

연봉 최소 10억 될거임 구라 아니고

일단 늘 보던 회로 보면서 시작할게여

이미터-베이스 전압(V_EB)이 1+0.1sin(t) V로 흐르고 있다 칩시다.

그러면 뭐 0.9~1.1사이에서 진동하고 있었겠죠?

근데 얘가 트랜지스터를 지나면 컬렉터 전류는 저기에 지수배가 되잖아요? (I_C = I_S * {exp(V_BE / V_T) - 1})

그러면 대충 I_C의 식은 지수^삼각 꼴이 되니까 I_C 진폭은 조온나 커지겠죠?

마지막으로 R2가 뭔가 스피커라든지 아무튼 출력이라고 하

면

I_C 진폭이 개크니까 R2에 걸리는 전압 진폭도 0.1보단 아마 훨씬 커지겠죠?

이런 식으로 아무튼 교류 신호의 진폭이 커지는 게 증폭 작용임.

근데 왜 교류 신호가 중요하냐? 원래 쓸만한 건 다 교류거든요 ㅋㅋ

우리가 녹음해놓은 파일 봐도 그래프 개형이 맛이 간 sin처럼 왔다갔다 하잖음?

전기과 3학년에서 "신호 및 시스템"이란걸 배우면 대충 쓸만한 신호는 죄다 교류인 이유를 알게 되니까 궁금하면 후배로 오셈

이제 얘네를 더 자세히 설명하려면 small-signal analysis란걸 해야 하므로 슬슬 ㅌㅌ하겠음

4. 바이어싱이란?

근데 위처럼 R2에 걸리는 전압 진폭이 ㅈㄴ 커지면 문제가 생겨요

진폭이 너무 커서 최솟값이 ㅈㄴ 작아지면

베이스-컬렉터에 순방향이 걸릴수도 있잖아요

그럼 트랜지스터가 작동을 안해버림 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

그리고 또 애초에 V_EB를 넣을 때 왜 1을 더해서 넣었는지 생각해봅시다

애초에 0.1sin(t)만 넣었으면 절반은 순방향, 절반은 역방향이니까

정상 작동을 못하잖아요? 그래서 0.9~1.1로 항상 순방향이 걸리게 넣어주는거임

이런 식으로 sin처럼 꿀렁꿀렁하는 애들이 0을 중심으로가 아니라

다른 값을 중심으로 하도록 "편향" 시키는 걸 Biasing이라고 합니다.

5. 논란의 210616 해설

이제 얘를 풀어볼게요. ㄱ ㄴ 는 뭐 당연히 맞는 거고 ㄷ이 항상 문제죠?

가변 저항 저항값이 증가하면 전압 분배에 의해

이미터-베이스 전압이 원래보다 증가하게 됩니다. (정확하게 딱 떨어지진 않겠지만)

아무튼 V_EB가 늘어났으므로 I_C가 늘어납니다. 와!

*여담 1. 베이스-이미터 전압 0.7V?

일부 교과서에 실리콘 npn BJT면 베이스-이미터 전압이 무조건 0.7V 차이난다는 서술이 있는데,

이는 오개념에 가깝습니다.

정확히 말하면 V_BE에 대해 I_C가 지수적으로 바뀌니까, I_C가 어지간히 많이 바뀌어도

V_BE는 0.7V 근처에서 노는 거지 고정이라고 볼 수는 없어요

*여담 2. beta는 상수인가?

실제 트랜지스터의 경우, V_CE, 즉 컬렉터-이미터 사이 전압이 바뀜에 따라

beta가 바뀌게 됩니다. 이를 Early effect라고 부르는데요,

교과서에도 언급 안되는 개념이고 이걸 수능에 내지는 못할 것 같습니다.

심지어 전공 수준에서도 무시하는 경우가 많거든요.

[익명(qwerty259)]

선개추 후정독

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클러스터윤홍빈씨인가요?

[도마(shs0475)]

칼럼은 일단 무지성 개추 ㅋㅋ

[진동수(f8r64drjd4xm)]

[익명(211.207)]

현재 입시 사이트들에서 이름 걸고 활동하는 사람은 아닙니다 ㅋㅋ

[익명(114.204)]

[실안개(wotndydanf2rhslr)]

옛날에 트랜지스터 개념가지고 머리꽁꽁싸맸는데 그냥 Veb증가>Ic증가만 외우는게 맞는것같음 - dc App

[성적표보여줘(2giyoung)]

이게 맞다 ㅋㅋ

[모도(hj0903kb)]

내가 이걸 배워야한다니;;

[논증(egiyoung)]

정말 감사합니다.

[익명(59.15)]

근데 뭐하면 연봉 10억이 나와요?

[익명(211.234)]

사실 저건 창업 염두에 두고 말한거긴 한데 실리콘밸리쪽에서 초봉이 2-3억이라 재능있는 사람이면 10억은 ㄹㅇ범

[설전기오지마라(1.231)]

나도 맨날 전기과 까고다니지만 걍 저거 고딩이 교과서보고 이해하면 전기과오라고할듯 ㅋㅋ 돈 걍 쓸어담을걸?

[익명(121.135)]

증폭작용 그냥 님이 쓴 Vbe랑 Ic공식 그래프로 그려보면 교류로 입력신호 주면 Vbe가 조금 출렁일때 지수함수니깐 Ic는 ㅈㄴ 많이 출렁여서 그런건가?

[익명(223.38)]

(작성자임) 엄밀하게 "증폭"이란 말을 쓰려면 같은 물리량에 대한 얘기여야함 전류 진폭이 n배 되든지 전압 진폭이 n배 되든지 그래서 Vbe의 작은 변화가 Ic를 많이 출렁여서 "어떤 전압"을 많이 출렁이게 해야 증폭이 되는거죠 그래서 굳이 V=IR까지 언급한거임

[익명(165.132)]

진짜 전자과면 진지하게 전공공부 다시 해라