[전자회로] BJT의 동작 모드 총정리

안녕하세요 우물 안 커밋입니다 :)

오늘은 BJT의 동작 모드는 어떤 것이 있는지 정리하고, 동작 모드를 구분하는 방법에 대해서 설명드리도록 하겠습니다.

 

실제로 실무를 하다 보면 BJT로 설계된 회로를 많이 보게 되는데요. 가끔씩 BJT가 스위치용으로 설계된 것인지, 증폭기용으로 설계된 것인지 헷갈릴 때가 많습니다. 이것을 구분하기 위해서는 BJT의 Base에 전류가 인가되었을 때, 활성 영역(Active)으로 동작하는지 포화 영역(Saturation)으로 동작하는지 구분할 줄 알아야 합니다. 

 

그럼 BJT의 동작 모드 바로 가시죠!

 

1. BJT의 동작 모드

 

BJT의 동작 모드는 크게 3가지로 나눌 수 있습니다. 

①Cut off mode ②Saturation mode ③Active mode

트랜지스터는 스위치, 증폭기로 2가지 역할을 한다고 말씀드렸었죠.

트랜지스터가 스위치 역할을 하는 경우에는 ①Cut off mode ②Saturaion mode 영역으로 동작하게 됩니다.

증폭기 역할을 하는 경우에는 ③Acive mode 영역으로 동작하게 됩니다.

설계된 회로도를 보고 동작 영역을 바로 판단할 수 있다면 BJT가 스위치용인지 증폭기용인지 바로 알 수 있겠죠? 그럼 3가지 영역을 정리해 보겠습니다.

 

1) Cut off mode (BJT 차단 영역)

Cut off mode는 Base에 전류가 아예 흐르지 않는 상태의 영역입니다. Base에 전류가 흐르지 않으니 BJT의 출력 전류가 흐를 수가 없습니다. Ic=0 즉, 스위치가 Off 되었다는 뜻입니다. 

 

Cut off mode

 

1) VBE에 역 바이어스 전압이 인가되면, 즉 VBE < 0.7V (VBE 문턱전압이 0.7V라 가정) 일 경우 에미터는 어떠한 전자도 방출할 수 없어 에미터에서 콜렉터까지 전자가 이동할 수 없습니다.

2) VBC에 똑같이 역 바이어 전압을 인가하면, 즉 VBC < 0.4V(VBC 문턱전압이 0.4V라 가정) 일 경우 콜렉터에서도 전자가 방출할 수 없어 전류가 흐를 수 없게 됩니다. 

 

*Cut off mode의 조건

- VBE < 0.7V  

- VBC < 0.4V 

 

*Cut off mode의 결과

- Ib = 0

- Ic = 0

 

 

2) Saturation mode (BJT 포화 영역)

Saturation mode는 Base에 흐르는 전류가 특정 이상으로 흘러도 BJT의 출력 전류가 일정하게 흐르는 영역입니다. 즉, 스위치가 On 되었다는 뜻입니다.

 

Saturation mode

 

1) VBE에 순 바이어스 전압이 인가되면, 즉 VBE ≥ 0.7V 일 경우 에미터는 전자를 방출하여 베이스로 전자가 이동하게 됩니다.

2) VCB에도 순 바이어스 전압이 인가되면, 즉 VBC ≥ 0.4V 일 경우 콜렉터에서 전자가 방출하여 베이스로 전자가 이동하게 됩니다.

즉, 내부적으로 전자가 베이스 영역에만 모여 포화되고 전류의 흐름을 증가시키지 못하게 되어 출력 전류가 일정하게 흐르게 됩니다.

 

*Saturation mode의 조건

- VBE ≥ 0.7V 

- VBC ≥ 0.4V

- VCE ≤ 0.3V

 

*Saturaion mode의 결과

- Ib > 0

- Ic < β Ib

- VBE = VBE(on) = 0.7V

- VCE = VCE(sat) = 0.3V

 

 

3) Active mode (BJT 활성 영역)

Active mode는 Base에 흐르는 전류가 증가하면 BJT의 출력 전류가 선형적으로 증가하는 영역입니다. 즉, Base 전류에 의해 출력 전류가 증폭되어 증폭기의 역할을 한다는 뜻입니다.

 

Active mode

 

1) VBE에 순 바이어스 전압이 인가되면, 즉 VBE ≥ 0.7V 일 경우 에미터는 전자를 방출하여 베이스로 전자가 이동하게 됩니다.

2) VCB에 역 바이어스 전압이 인가되면, 즉 VBC < 0.4V 일 경우 베이스에 모여있던 전자가 콜렉터로 흐르게 됩니다. 

즉, 에미터에서 방출한 전자가 베이스에 도착하면 일부는 재결합(recombination)되고 나머지 전자는 콜렉터까지 흐르게 됩니다.

 

*Active mode의 조건

- VBE ≥ 0.7V 

- VBC < 0.4V

- VCE ≤ 0.3V

 

*Active mode의 결과

- Ib > 0

- Ie = Ic + Ib,  Ic = βIb,  Ie = (1+β) Ib,  Ic = β/(1+β) Ie = αIe

  에미터 전류 이득 : β,  베이스 전류이득 : α = β/(1+β)

- VBE = VBE(on) = 0.7V

- VCE > VCE(sat)