[📃칼럼] 쉽게 정리하는 트랜지스터

[익명(none1081)]

올해 수능 공부하며 트랜지스터에 고통받은 내가 트랜지스터에 대해 내린 결론을 다음 세 가지의 명제로 정리해봄. 

1. 트랜지스터는 전압 강하를 일으키며 전류를 증폭시키는 전기 소자이다. 다시말해 키르히호프 법칙이 성립한다. 

2. 트랜지스터의 베이스-이미터 사이 전압이 모든 전류(베이스, 이미터, 컬렉터)의 세기를 결정한다. 

3. 트랜지스터 회로의 특정 부분을 변화시켰을 때 회로의 전압, 전류 등의 변화는 귀류법으로 판단한다. 

이게 바로 이해가 되면 아래는

 안 읽어도 됨.

아래부터는 이해가 안 되는 사람들을 위해 더 자세히 설명해보겠음. 

1. 트랜지스터는 전압 강하를 일으키며 전류를 증폭시키는 전기 소자이다.

트랜지스터가 전류를 증폭시킨다는 사실은 다들 알 것임. 

이는 곧 트랜지스터 회로에서 각 단자에 연결된 전류의 세기 비는 트랜지스터가 바뀌지 않는 한 무조건 일정하다는 것을 뜻함. 

예를 들어, 전류 증폭률이 10이라면 전류 세기 비가 베이스 : 컬렉터 : 이미터 = 1 : 10 : 11로 고정되어 있는 것임. 

전압 강하를 일으킨다는 것은 키르히호프 법칙의 적용을 받는다는 것임. 

아래와 같은 회로를 생각해보자. 

(220616)

편의상 컬렉터 단자 쪽의 저항을 Rc, 이미터 단자 쪽의 저항을 Re라고 놓겠음. 

또, 컬렉터와 이미터 사이에 걸린 전압을 Vce라 놓겠음

그럼 키르히호프 법칙에 의하여 전원의 기전력을 다음과 같이 표현할 수 있음. 

V = Ic x Rc + Vce + Ie x Re

이게 도대체 뭐가 중요하냐고 물을 수 있는데, 2와 3을 이해하고 나면 이게 꽤 중요한 요소라는 것을 알게 될 거임.

2. 트랜지스터의 베이스-이미터 사이 전압이 모든 전류(베이스, 이미터, 컬렉터)의 세기를 결정한다. 

트랜지스터의 베이스-이미터 사이 걸린 전압을 이제부터는 Vbe로 통일하여 부르도록 하겠음. 

트랜지스터의 모든 전류(베이스, 이미터, 컬렉터)의 세기는 Vbe에 비례함. 

나도 전공자가 아니기에 정확한 이유나 원리는 모르지만, 고등학교 물리학 2에서는 그냥 참인 명제로 기억해 두는 것이 좋을 듯 함. 

실제로 이 명제에 위배되는 문제를 본 적이 없음. 

3. 트랜지스터 회로의 특정 부분을 변화시켰을 때 회로의 전압, 전류 등의 변화는 귀류법으로 판단한다. 

앞의 1과 2를 종합하면 이제 3을 이용해 문제를 풀 수 있음. 

몇 개 풀어보도록 하자. 

220616. 

아마 가장 대표적인 트랜지스터 문제라고 생각함. 

ㄱ, ㄴ은 패스. 

ㄷ을 풀기 위해 아까 Rc의 아래쪽에 있는 저항을 R0라 하고 R0를 지나는 전류의 세기를 I0라 놓겠음. 

그럼 키르히호프 법칙에 의해 V = R0 x I0 + Vbe + Ie임. 

V는 일정하니까 여기서 만약 Vbe가 증가하면 I0는 감소하고, Vbe가 감소하면 I0는 증가할거임. (2의 결과에 의해)

그런데, I0가 증가하는 경우에는 Vbe가 감소하고 Ib역시 감소하므로 가변 저항에 흐르는 전류는 증가함. 

전체 전원에 대해 다시 키르히호프 법칙을 사용해보면, V = R0 x I0 + R가변 x (I0-Ib)이므로 R가변이 증가할 때 이는 모순일 수 밖에 없음. 

따라서 I0가 감소하는 방향이 맞는거고 이 경우는 Vbe가 증가하므로 Ic도 증가함. 따라서 참. 

Ib가 매우 작다고 생각하고 전압 분배해서 푸는 풀이도 좋다고 샘각함. (교과서에 전압분배 회로 예시가 있음.)

그러나 개인적으로는 Ib가 매우 작다는 조건이 없다면 이런 풀이가 조금 더 엄밀하다고 생각함. 

한 문제 더 해보자. 

240615.

ㄱ은 패스. 

ㄴ부터 보자. 

S를 닫으면 저항이 R1에서 1/2R1으로 바뀌는 효과를 얻음은 쉽게 알 수 있음.

여기서 키르히호프 법칙을 적용해보면, 

원래 회로에 대해 V = Ix x R1 + Vbe 이고, 

S를 닫은 회로에 대해 V = 1/2 x Ix x R1 + Vbe임을 알 수 있음. 

Vbe와 Ix가 비례함을 상기하면, S를 닫았을 때 Vbe가 감소하는 방향으로 움직이면 모순임을 알 수 있음. 

따라서 Vbe는 증가해야 하고, Ix는 S를 닫을 때 더 커짐. 참. 

ㄷ. ㄴ의 결과로 Vbe가 증가해야 함을 알았으니 컬렉터 전류인 Ip는 증가한다. 따라서 참. 

아마 이정도 할 줄 알면 사설 트랜지스터에서도 크게 막히는 건 없을 거임. 

나도 도대체 트랜지스터가 왜 교육과정에 있는지는 모르겠지만 어차피 있는거 열심히 공부해보자. 

[언으우주(moolihak2)]

저는 트랜지스터 인권을 지지합니다

[익명(lean8529)]

[상경(global9484)]

딱 이거다

[가속하는전자(bake3821)]

[Sacrifice_King!(211.214)]

참고: 실제론 Early Effect 땜에 V_CE에도 영향 받습니다.