BJT 동작모드

오늘은 BJT 동작모드 에 대해서 알아봅시다.

<그림 1>

※ 우선 시각하기 전에 용어를 정리하고 넘어가죠

VBE (베이스와 이미터의 전압), VBC(베이스와 콜렉터 전압)

IE - 에미터 전류

순방향 바이어스로 인해 발생한 전류로, Emitter에서 Base쪽으로 이동한 전자들과 Base에서 Emitter쪽으로 이동한 Hole들이 이루는 전류입니다. 단, Hole이 이루는 전류는 전자가 이루는 전류에 비해 작으므로 무시할 수 있습니다.

IB - 베이스 전류

Emitter에서 온 전자들이 Base의 Hole과 만나서 이루는 전류이며 Base부분이 얇을수록 매우 작아집니.(전선이 얇으면 저항이 강해져 전류가 약해지듯이 같은 원리입니다.)

IC - 콜렉터 전류

Emitter에서 온 전자들이 Base를 지나쳐, Collector - Base의 전자장에 끌려 Collector까지 넘어온 전류입니다. 앞서 동작원리에서 말했듯이 급격하게 넘어가므로 이 전류도 매우 큽니다.

<그림 2>

<그림 3>

자, 그럼 위의 그림들을 보면서 각영역에 대해서 알아봅시다.

- Cutoff

차단영역입니다 그림2를 보시면 되겠습니다. 차단영역이 되는 2가지 조건이 있습니다.

(그림 1을 참조하시면서 보시면 편하실겁니다)

1. 입력전압 VBE가 0 (적어도 베이스-이미터 P-N접합의 순 바이어스보다 작을 경우)일 때 이미터는 어떠한 전자들도 방출하지 않고 따라서 역 바이어스된 콜렉터-베이스 P-N접합에 어떠한 전자들도 모일 수 없습니다.

2. 출력전류 IC가 0일 때 BJT의 출력은 개방회로로 동작하며 즉, VBC 전압은 역 바이어스상태일 것입니다.

즉, 두 접합 중 어떤 것도 순 바이어스가 아니라면 BJT는 차단영역에 있을 것입니다. 모든 단자전류는 0(누설전류 무시)이고 출력은 개방회로(스위치의 off상태)입니다. 그림 3의 그래프에서 보시는 Cutoff 동작점은 이러한 경우를 나타낸 것입니다.

- Forward Active Mode

다음은 활성영역입니다.

이 영역은 VBE는 순 바이어스 상태로 베이스-이미터 접합에 인가한 상태이고 이미터는 전자들을 방출하여 양으로 바이어스된 콜렉터에 모여집니다. 콜렉터는 VBC<0일 때(역방향 바이어스) 베이스와 비교해서 양으로 바이어스 되어 있습니다. 즉, 만약 베이스-이미터 접합이 순 바이어스 상태이고 베이스-콜렉터 접합은 역 바이어스 상태일 때, BJT는 활성영역에 있고 전압제어 전류원으로 동작합니다. 동작점은 Amplification mode 영역이 이러한 경우를 나타낸 것입니다.

- Saturation Mode

포화영역입니다.

VBE에 순방향 전압을 걸어줍니다. 그러면 문턱전압에 걸리게 될것입니다. 입력전압을 점점 높혀주면 VCE도 역시 증가하게 됩니다. 이때 베이스에서 콜렉터로 넘어가는 전자들이 별다른 저항없이 순조롭게 넘어가게 되는데 이 영역을 포화여역이라고 합니다. 즉 VCE가 증가함에 따라 IC가 일정하게 유지되기 전까지 증가하게 되는 영역을 말합니다.

- Inverse Active Mode

베이스-콜렉터 접합이 순 바이어스인 반면 베이스-이미터 접합은 역 바이어스인 경우입니다. 즉 반대로 건것이죠. 콜렉터는 음극이 걸려 있으므로 전자들을 방출하며 양으로 바이어스된 이미터에 전자이 모일 것입니다. 즉, 역 바이어스된 베이스-이미터와 순 바이어스된 베이스-콜렉터 접합은 이미터와 콜렉터가 바뀐 활성영역에서의 BJT와 같습니다.

이러한 상태를 반전 활성영역이라 합니다. 만약 NPN 구조가 대칭적이라면 이와 같은 역 방향 동작은 활성영역과 동일할 것이지만 실제 BJT에서 콜렉터의 도핑농도는 가장 낮으므로 이 영역을 이미터로 사용할 때 효율이 좋지 않을 것입니다. 이러한 이유로 반전 활성 영역에서는 α와 β값은 작아져 좋은 이득을 얻지 못합니다.