다이오드와 트랜지스터의 구조와 작용

핵심 정리

다이오드는 p형과 n형 반도체를 접합한 두 단자 소자이고, 트랜지스터는 n형과 p형 반도체가 교대로 접합된 세 단자 소자다. 다이오드는 접합에 순방향 또는 역방향으로 전압을 걸어 전류가 흐르는 방향을 제어하며, 트랜지스터는 베이스 전류의 작은 변화를 이용해 컬렉터 전류를 크게 변화시키는 증폭 작용을 한다. 트랜지스터는 전류를 통하게 하거나 차단하는 스위치로도 사용된다.

트랜지스터의 세 단자는 이미터, 베이스, 컬렉터다. npn형에서는 이미터와 컬렉터가 n형이고, 가운데 베이스가 p형이다.이미터와 컬렉터는 n형 반도체이다. 증폭 상태에서는 이미터-베이스 접합에 순방향 전압, 컬렉터-베이스 접합에 역방향 전압을 건다. 이때 npn형 트랜지스터의 컬렉터 전위는 이미터와 베이스보다 높다.

회로에서 관습적인 전류 방향을 기준으로 보면 이미터 전류는 베이스 전류와 컬렉터 전류의 합이다.이미터 전류는 베이스 전류와 컬렉터 전류의 합이다. 컬렉터 전류는 베이스 전류보다 크다.컬렉터 전류는 베이스 전류보다 크다. 직렬 연결된 저항은 저항값이 큰 쪽에 더 큰 전압이 걸린다.

자세히

다이오드와 트랜지스터는 모두 반도체를 이용하지만, 단자의 수와 회로에서 하는 일이 다르다. 다이오드는 p형과 n형이 만나는 접합 하나와 두 단자를 가진다. 전압을 걸 때 p형 쪽을 전원의 높은 전위 쪽, n형 쪽을 낮은 전위 쪽에 연결하면 순방향 바이어스가 되고 전류가 흐르는 방향으로 작동한다. 연결을 반대로 하면 역방향 바이어스가 되어 전류가 흐르기 어려운 상태가 된다. 이처럼 다이오드는 접합 방향에 따라 전류 통과를 제어하는 소자다. 교류의 방향이 바뀌는 동안 한쪽 방향의 전류를 통과시키는 성질은 정류에 이용된다. 회로 기호와 그림에서 p형·n형 또는 전원 극성을 확인한 다음, 순방향인지 역방향인지 판정해야 한다. 단순히 전류 화살표만 보고 소자가 켜졌다고 정하지 말고, 단자 연결과 전압의 극성을 먼저 확인한다.

트랜지스터는 p형과 n형 반도체를 세 영역으로 배열하고, 영역마다 단자를 연결한 소자다. npn형은 n형 이미터, p형 베이스, n형 컬렉터로 이루어진다. 이미터와 컬렉터가 모두 n형이라는 사실만으로 두 단자의 역할이 같다고 생각하면 안 된다. 이미터는 전류를 방출하는 단자이고, npn형의 컬렉터는 전류가 들어가는 단자다. 증폭 상태에서는 관습적인 전류가 컬렉터에서 이미터 쪽으로 흐른다. 가운데 베이스는 이미터와 컬렉터 사이에 놓인다. 이미터-베이스 접합과 컬렉터-베이스 접합이 각각 어떤 방향으로 바이어스되는지를 살펴야 트랜지스터가 증폭 상태인지 판단할 수 있다.

npn형 트랜지스터를 증폭 작동시키려면 베이스를 이미터보다 높은 전위에 두어 이미터-베이스 접합을 순방향으로 바이어스하고, 컬렉터를 베이스보다 높은 전위에 두어 컬렉터-베이스 접합을 역방향으로 바이어스한다. 즉 세 전위의 대소 관계는 컬렉터, 베이스, 이미터 순이다. 순방향 접합을 통해 베이스 쪽으로 들어가는 작은 전류 변화가 컬렉터 전류의 큰 변화를 제어한다. 따라서 베이스 전류와 컬렉터 전류는 증폭 회로를 읽는 핵심이며, 이미터 전류는 두 전류를 합한 값으로 다룬다. 전류의 방향은 문제의 화살표가 어떤 방향을 양으로 정했는지도 확인해야 한다. 각 단자의 전류를 임의로 같은 방향이라고 놓기보다, 화살표와 단자 이름을 일치시켜야 한다.