BJT (Bipolar Junction Transistor) – 구성 및 작동 세부 정보

바이폴라 트랜지스터 또는 BJT는 작은 신호 입력 전압 및 전류를 훨씬 더 큰 출력 신호 전압 및 전류로 증폭하거나 전환 할 수있는 3 단자 반도체 장치입니다.

바이폴라 접합 트랜지스터 BJT의 진화

1904 ~ 1947 년에 진공관은 의심 할 여지없이 큰 호기심과 성장의 전자 장치였습니다. 1904 년 J.A. Fleming이 진공관 다이오드를 출시했습니다. 얼마 지나지 않아 1906 년 Lee De Forest는 제어 그리드로 알려진 세 번째 기능으로 장치를 강화하여 첫 번째 증폭기를 생산하고 3 극관으로 명명했습니다.

그 후 수십 년 동안 라디오와 텔레비전은 튜브 사업에 큰 영감을주었습니다. 제조는 1922 년 약 100 만 개에서 1937 년 약 1 억 개로 증가했습니다. 1930 년대 초에 4 요소 테트로드와 5 요소 펜 토드가 전자 튜브 사업에서 인기를 얻었습니다.

그 후 몇 년 동안 제조 부문은 가장 중요한 부문 중 하나로 발전했으며 이러한 모델, 생산 방법, 고전력 및 고주파 응용 분야 및 소형화 방향에서 신속한 개선이 이루어졌습니다.

그러나 1947 년 12 월 23 일, 전자 산업은 완전히 새로운 '관심 방향'과 개선의 도래를 목격했습니다. 정오에 Walter H. Brattain과 John Bardeen이 Bell Telephone Laboratories에서 최초의 트랜지스터의 증폭 기능을 전시하고 증명했습니다.

첫 번째 트랜지스터 (점-접촉 트랜지스터 형태)는 그림 3.1에 나와 있습니다.

이미지 제공 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Replica-of-first-transistor.jpg

튜브와 대조되는이 3 핀 솔리드 스테이트 장치의 긍정적 인 측면은 즉시 눈에 띄었습니다. 훨씬 더 작고, '히터'또는 가열 손실없이 작동 할 수 있으며, 깨지지 않고 강력하며, 측면에서 더 효율적이었습니다. 전력 사용량을 쉽게 저장하고 액세스 할 수 있으며 초기 예열 시작이 필요하지 않았으며 훨씬 낮은 작동 전압에서 작동했습니다.

트랜지스터 구조

트랜지스터는 기본적으로 2 n- 유형과 단일 p- 유형 재료 층이 사용되거나 2 p- 유형 및 단일 n- 유형 재료 층이 사용되는 3 층의 반도체 재료로 구성된 장치입니다. 첫 번째 유형은 NPN 트랜지스터라고하며 두 번째 변형은 PNP 유형의 트랜지스터라고합니다.

이 두 유형은 적절한 DC 바이어스를 사용하여 그림 3.2에서 시각화 할 수 있습니다.

우리는 이미 방법을 배웠습니다 BJT DC 바이어스 필요한 작동 영역을 설정하고 AC 증폭을 위해 필수적이됩니다. 이를 위해 에미 터 측 레이어는 덜 도핑 된베이스 측에 비해 더 크게 도핑됩니다.

외부 레이어는 p 형 또는 n 형 샌드위치 재질에 비해 두께가 훨씬 더 두꺼운 레이어로 만들어집니다. 위의 그림 3.2에서이 유형의 경우 중앙 레이어와 비교하여 전체 너비의 비율이 약 0.150 / 0.001 : 150 : 1임을 알 수 있습니다. 샌드위치 된 층 위에 구현 된 도핑은 또한 일반적으로 10 : 1 이하의 범위 인 외부 층보다 상대적으로 낮습니다.

이러한 종류의 감소 된 도핑 수준은 물질의 전도 용량을 낮추고 물질의 양을 제한하여 저항성을 증가시킵니다. 자유 이동 전자 또는 '자유'캐리어.

바이어 싱 다이어그램에서 우리는 장치의 터미널이 이미 터에 대문자 E, 컬렉터에 C,베이스에 B를 사용하여 표시되는 것을 볼 수 있습니다. 향후 논의에서이 중요성이 이러한 터미널에 렌더링되는 이유를 설명 할 것입니다.

또한 BJT라는 용어는 바이폴라 트랜지스터의 약자로 사용되며이 3 개의 단자 장치에 지정됩니다. '바이폴라'라는 문구는 반대 극성 물질과 관련하여 도핑 과정에서 관련된 정공과 전자의 관련성을 나타냅니다.

트랜지스터 작동

이제 그림 3.2의 PNP 버전을 사용하여 BJT의 기본 작동을 이해하겠습니다. NPN 대응 물의 작동 원리는 전자와 정공의 참여가 단순히 상호 교환되는 경우 정확히 유사합니다.

그림 3.3에서 볼 수 있듯이 PNP 트랜지스터가 다시 그려져베이스 대 콜렉터 바이어스가 제거되었습니다. 유도 된 바이어스로 인해 공핍 영역이 폭이 좁아지는 모습을 시각화 할 수 있습니다. 다수 항공사 p-에서 n- 유형 재료까지.

그림 3.4와 같이 pnp 트랜지스터의베이스 대 이미 터 바이어스가 제거되면 다수 캐리어의 흐름이 0이되어 소수 캐리어의 흐름 만 허용됩니다.

간단히 이해할 수 있습니다. 편향된 상황에서 BJT의 한 p-n 접합은 역방향으로 바이어스되고 다른 접합부는 순방향으로 바이어스됩니다.

그림 3.5에서 우리는 pnp 트랜지스터에 적용된 바이어스 전압 두 가지를 볼 수 있으며, 이는 표시된 다수 및 소수 반송파 흐름을 유발합니다. 여기에서 공핍 영역의 너비를 통해 어떤 접합이 순방향 바이어스 상태로 작동하고 어떤 접합부가 역방향 바이어스 상태인지 명확하게 시각화 할 수 있습니다.

그림에서 볼 수 있듯이 상당한 양의 대다수 캐리어가 순방향 바이어스 pn 접합을 통해 n 형 재료로 확산됩니다. 이것은 우리 마음에 의문을 제기합니다. 이러한 캐리어가베이스 전류 IB를 촉진하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니까? 아니면 이것이 p- 타입 재료로 직접 흐르도록 할 수 있습니까?

샌드위치 형 n 형 콘텐츠가 믿을 수 없을 정도로 얇고 최소한의 전도성을 가지고 있다는 점을 고려할 때 이러한 캐리어 중 극소수는베이스 단자를 가로 질러이 높은 저항 경로를 사용할 것입니다.

기본 전류의 수준은 일반적으로 이미 터 및 컬렉터 전류의 경우 밀리 암페어가 아닌 마이크로 암페어 정도입니다.

이러한 대다수 캐리어의 더 큰 범위는 그림 3.5에서 지적한 바와 같이 컬렉터 단자에 부착 된 p 유형 재료로 역 바이어스 접합을 따라 확산됩니다.

다수 반송파가 역방향 바이어스 접합을 통과하도록 허용되는 상대적으로 용이 한 실제 원인은 유도 다수 반송파가 n 형 재료에서 소수 반송파로 나타나는 역방향 바이어스 다이오드의 예를 통해 빠르게 실현됩니다.

다르게 말하면, n 형베이스 영역 재료에 소수 캐리어를 도입했습니다. 이 지식과 ​​다이오드의 경우 공핍 영역의 모든 소수 캐리어가 역 바이어스 접합을 통과한다는 사실과 함께 그림 3.5에 표시된 바와 같이 전자 흐름이 발생합니다.

그림 3.5의 트랜지스터가 단일 노드라고 가정하면 Kirchhoff의 현재 법칙을 적용하여 다음 방정식을 얻을 수 있습니다.

이는 이미 터 전류가 기본 및 콜렉터 전류의 합과 동일하다는 것을 보여줍니다.

그러나 콜렉터 전류는 그림 3.5에서 입증 된 바와 같이 다수 및 소수 캐리어 인 몇 가지 요소로 구성됩니다.

여기에서 소수 전류 캐리어 요소는 누설 전류를 구성하며 ICO (개방 이미 터 단자가있는 전류 IC)로 상징됩니다.

결과적으로 순 콜렉터 전류는 다음 방정식 3.2와 같이 설정됩니다.

콜렉터 전류 IC는 모든 범용 트랜지스터에 대해 mA로 측정되며 ICO는 uA 또는 nA로 계산됩니다.

ICO는 역방향 바이어스 다이오드처럼 작동하므로 온도 변화에 취약 할 수 있으므로 테스트 중에 특히 광범위하게 다양한 온도 범위 시나리오에서 작동하도록 설계된 회로에서 적절하게주의를 기울여야합니다. 그렇지 않으면 결과가 엄청날 수 있습니다. 온도 요인으로 인해 영향을받습니다.

즉, 최신 트랜지스터의 구조 레이아웃에서 많은 고급 개선 사항으로 인해 ICO가 크게 감소하고 오늘날의 모든 BJT에서 완전히 무시 될 수 있습니다.

다음 장에서는 공통 기본 모드에서 BJT를 구성하는 방법을 배웁니다.

참조 : https://en.wikipedia.org/wiki/John_Bardeen