[전자회로] BJT 쉽게 이해하기 (BJT의 구조와 동작 원리)

안녕하세요 우물 안 커밋입니다 :)

오늘은 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor)에 대해서 알아보겠습니다. 

 

앞 서 트랜지스터에 대해 간단한 개념에 대해서 알아봤습니다. BJT는 Control 단자에 전류를 인가하여 출력 전류를 제어한다고 말씀드렸었죠. 어떻게 동작하는지 구조와 동작원리에 대해서 설명드리겠습니다.

 

[전자회로] 트랜지스터란? 트랜지스터의 분류와 역할

*트랜지스터의 개념은 위의 포스팅 참고해 주세요 :)

 

그럼 BJT 바로 가시죠! 

 

1. BJT란?

 

BJT란 Bipolar Juntion Transistor의 약자로서 N형 반도체와 P형 반도체를 순서대로 3개씩 접합한 전류증폭소자입니다. NPN과 PNP라는 2가지 접합 구조가 있고 각각의 접합 구조에서는 전류가 흐르는 방향이 반대입니다. 3 단자 구조에서 각각의 명칭은 에미터(E), 베이스(B), 콜렉터(C)입니다. 

BJT는 베이스에 흐르는 전류를 조절하여 출력 전류를 제어하는 방식입니다. 

 

2. BJT의 구조

 

 

BJT 구조

 

앞 서 말씀드렸듯이, BJT의 구조는 크게 NPN BJT, PNP BJT로 나눌 수 있습니다.

 

NPN BJT의 구조는 에미터가 N형 반도체, 베이스가 P형 반도체, 콜렉터가 다시 N형 반도체로 구성되어 있습니다.

PNP BJT의 구조는 에미터가 P형 반도체, 베이스가 N형 반도체, 콜렉터가 다시 P형 반도체로 구성되어 있습니다.

 

'에미터(Emitter)'는 전류를 공급 및 방출하는 곳으로 BJT 기호에서 화살표가 그려진 곳입니다. 화살표 방향은 전류의 방향을 의미합니다.

'베이스(Base)'는 에미터와 콜렉터 사이에 존재하며 전류를 제어하는 역할을 합니다.

'콜렉터(Collector)'는 이름 뜻 그대로 전류를 모아주는 역할을 합니다. 콜렉터로 흐르는 전류는 에미터를 통해 외부로 나가게 됩니다. 

 

 

3. BJT의 동작원리

 

위에서 BJT의 구조에 대해서 알아봤습니다.

보다 쉽게 이해하기 위해 BJT의 동작을 수도꼭지에 비유해 보겠습니다.

 

BJT 동작 원리 '수도 꼭지'

 

'에미터(Emitter)'는 물이 나오는 출구로, 

'베이스(Base)'는 수도꼭지로,

'콜렉터(Collector)'는 물을 공급하는 배관으로 비유해 보겠습니다.

 

수도꼭지를 작은 힘으로 돌리다 보면 어느 순간 출구로 물이 나오기 시작합니다. 

수도꼭지를 돌리면 돌릴수록 물은 많이 나오게 되고, 수도꼭지가 최대로 열리면 물이 콸콸 나오게 됩니다.

 

베이스에 흐르는 전류를 조금씩 높이면 콜렉터에서 에미터로 전류가 흐르기 시작합니다. 베이스에 흐르는 전류를 높일수록 콜렉터에서 에미터로 흐르는 전류가 점점 커지다가, 어느 순간 콜렉터에서 에미터로 흐르는 전류가 최대로 일정하게 흐르게 됩니다.

 

간단한 동작에 대해서 수도꼭지로 비유해서 설명드렸는데요.

사실 정확한 BJT의 동작원리를 이해하려면 반도체적인 관점으로 들어가야 합니다. 하지만 실제로 BJT를 사용하고 있는 실무자 입장으로 써, 알고는 있어야 하지만.. 위의 개념과 몇 가지 공식 및 데이터시트 이해력만 있다면 충분히 사용할 수 있습니다. 사실 그게 쉽지 않은 과정일 수도 있겠지만요..

*추후에 주요 공식 및 BJT 데이터시트 보는 방법을 추가로 포스팅하겠습니다.

 

그래도 복습할 겸, 아주 간단하게나마 정리하고 넘어가겠습니다.

NPN BJT를 기준으로 설명드리겠습니다.

 

위의 그림처럼 이미터-베이스 사이에 순방향 전압 VBE를 인가하게 되면, N형 반도체로 되어있는 에미터에서 전자가 베이스 쪽으로 전류를 운반합니다. 전류는 전자의 방향과 반대이므로, 이때 전류는 베이스에서 에미터 측으로 흐릅니다.

 

 

위의 그림처럼 콜렉터-베이스 사이에 역방향으로 더 높은 전압 VCB를 인가하게 되면 에미터에서 베이스 측으로 들어가던 전자의 대부분이 콜렉터 측의 높은 전압에 이끌려 콜렉터 측으로 이동하게 됩니다.

여기에서 IB가 흐르면 IC가 흐르고 IB가 증가하면 IC가 수배 내지 수십 배 정도로 크게 증폭되어 흐릅니다.

 

오늘도 좋은 하루 보내세요 :)