[전자회로] 트랜지스터란? 트랜지스터의 분류와 역할

이번 포스팅에는 트랜지스터란 무엇인지 알아보고 트랜지스터는 어떤 분류로 나눌 수 있는지, 어떤 역할을 하는지 간단하게 알아보겠습니다.

 

실무에서 RLC 만큼이나 많이 사용되는 것이 바로 트랜지스터입니다. 그만큼 전자 제품에서 중요한 역할을 하고 있는 소자입니다.

 

그럼 트랜지스터 바로 가시죠!

 

 

1. 트랜지스터란?

 

 

 

트랜지스터는 전류나 전압흐름을 조절하여 증폭하거나 스위치 역할을 하는 반도체 소자이다. 외부 회로와 연결할 수 있는 최소 3개 단자를 가지고 반도체 재료로 구성되어 있다. 전압 또는 전류가 한 쌍의 트랜지스터 단자에 인가가 되면 다른 한 쌍의 단자를 통해 전류를 제어한다. 출력된 전압은 입력된 전력보다 높일 수 있기 때문에 트랜지스터는 신호를 증폭하는 것이 가능하다.

출처 - NAVER 지식백과

 

위의 설명처럼, 트랜지스터는 총 3개의 단자로 동작을 제어하는 Control 단자와 전류가 흐르는 2개의 단자로 구성이 되어있습니다. Trans(변화)와 Resistor(저항)의 합성어로 저항을 변화할 수 있다는 뜻이고 저항의 변화는 전류의 변화를 의미합니다. 즉, 트랜지스터란 Control 단자의 제어를 통해서 출력에 흐르는 전류의 양을 제어할 수 있는 소자입니다.

 

2. 트랜지스터의 분류

 

트랜지스터는 Control 단자를 통해 출력 전류를 제어한다고 말씀드렸습니다. 크게 1) 전류로 제어하는 방식 , 2) 전압으로 제어 방식 방식 두 가지 유형으로 나눌 수 있으며 회로에서 사용되는 방식에 따라 약간의 차이가 있습니다.

 

1) 전류 제어 방식 (Bipolar Juntion Transistor)

 

 

첫 번째는 전류를 통해 제어하는 양극성 접합 트랜지스터(BJT)입니다. 

접합형 트랜지스터에는 베이스(Base), 콜렉터(Collector) 그리고 이미터(Emitter)라는 3개의 단자가 있습니다. 베이스 단자에 흐르는 전류를 조절하여 콜렉터에 흐르는 출력 전류를 제어할 수 있습니다.

 

*BJT의 장단점

- 장점 : 

1. 높은 전류 이득을 가지고 있다.
2. 전류 용량이 크다.
3. 스피드가 빠르다.
4. 주파수 대역폭이 넓어 높은 주파수에서 안정적으로 동작한다.

- 단점 :

1. 발열 특성이 좋지 않다.
2. 노이즈 특성이 좋지 않다.
3. 스위칭 주파수가 작다.

 

2) 전압 제어 방식 (Field Effect Transistor)

 

 

두 번째는 전압을 통해 제어하는 전계 효과 트랜지스터(FET)입니다. 

전계 효과 트랜지스터에는 게이트(Gate), 소스(Source), 드레인(Drain)이라는 3개의 단자가 있습니다.

게이트 단자에 인가되는 전압을 조절하여 드레인 단자에 흐르는 출력 전류를 제어할 수 있습니다.

 

*FET의 장단점

- 장점:

1. 입력 임피던스가 높아 다단증폭기의 입력단으로 사용
2. 노이즈 특성이 좋다.
3. 발열 특성이 좋다.
4. 제작이 간편하고 크기가 작아 집적도가 좋다.

- 단점:

1. 전압이득값이 작다.
2. 높은 입력 커패시턴스로 주파수 특성이 좋지 않다.
3. 주파수 대역폭이 높지 않다.

 

3. 트랜지스터의 역할

 

트랜지스터의 동작 모드는 크게 3가지로 나눌 수 있습니다.

① Cut off 영역 : Control 단자에 전류 또는 전압이 인가되지 않아 출력 전류가 흐르지 않는 상태

② Saturation 영역 : Control 단자에 특정 전류 또는 전압 이상으로 인가되어 출력 전류가 최대로 흐르고 출력 전압이 고정되어 있는 상태

③ Active 영역 : Control 단자에 전류나 전압을 조절하여 출력 전류를 제어할 수 있는 상태

각 영역에 따라 트랜지스터의 역할이 나뉘게 됩니다.

 

*트랜지스터의 동작 모드에 대한 자세한 설명은 BJT와 FET로 나눠 포스팅을 따로 작성하여 정리하겠습니다. 

 

 

1) 스위치 역할

 

 

트랜지스터는 주로 디지털 회로에서 ON/OFF 시키는 전자 스위치로 많이 사용합니다.

위에 설명드린 ①Cut off 영역과 ②Saturaion 영역을 활용합니다. Control 단자에 디지털 신호(Low, High)를 인가하여 LOW 신호가 인가될 경우, 트랜지스터가 OFF 되어 있다가 High 신호가 인가되면 특정 전류 또는 전압 이상으로 인가되어 트랜지스터가 ON 되어 출력 전압이 고정됩니다.

즉, 트랜지스터를 통해 출력을 ON/OFF 하는 전자 스위치로 사용할 수 있습니다.

 

 

2) 증폭기 역할

 

 

트랜지스터는 주로 아날로그 회로에서 증폭기로도 많이 사용됩니다.

위에 설명드린 ③Active 영역을 활용합니다. Control 단자에 아날로그 신호를 인가하여 입력된 전류 또는 전압을 증폭시켜 출력 신호를 얻습니다. 필요에 따라 트랜지스터를 다단으로 연결하여 신호를 여러 번 증폭하여 사용하기도 합니다. 

 

4. 포스팅을 마치며

오늘은 트랜지스터에 대한 기본 개념에 대해서 설명드렸습니다. 전자회로를 배울 때 트랜지스터에 대해 엄청나게 많은 내용을 배우곤 합니다. 당연히 전부 숙지하고 있으면 좋겠지만, 실무에 적용할 때는 필요한 부분, 스펙을 고려하여 설계를 하기 때문에 중요한 부분만 정확하게 알 수 있다면 충분히 활용할 수 있을 거라 생각합니다 :) 오늘은 간단하게 기본 개념에 대해서 다뤄봤지만 추후에 데이터시트를 같이 보면서 중요 스펙에 대해서 정리해 보겠습니다.

 

오늘도 좋은 하루 보내세요 :)