양극성 트랜지스터는 전자 기기에서 사용되는 중요한 전자 소자입니다. 현대 반도체에선 NPN 타입이든 PNP타입이나 여러가지 종류의 타입의 트랜지스터가 존재하지만 이 글에선 양극성 트랜지스터에 대한 간단한 정의 및 보편적인 정보에 대해서 알려 드리도록 하겠습니다.
양극성 트랜지스터란?
양극성 트랜지스터는 전류를 제어하고 증폭하는 기능을 가진 반도체 소자입니다. 반도체는 전기를 통과시키는 물질로, 트랜지스터는 세 개의 주요 부품으로 구성됩니다. 이 부품들은 ‘에미터’, ‘베이스’ 그리고 ‘콜렉터’라고 불립니다.
에미터는 전류의 원천이 되는 부분으로, 전류가 흐르는 곳입니다. 콜렉터는 전류를 수집하는 부분으로, 전류가 흐르는 것을 받아들입니다. 그리고 베이스는 전류의 흐름을 제어하는 역할을 합니다. 양극성 트랜지스터의 베이스에 약한 전류를 흘려보내면, 콜렉터와 에미터 사이의 전류를 크게 조절할 수 있습니다. 이를 통해 작은 전류를 입력으로 주면 그것을 증폭하여 큰 전류로 출력할 수 있습니다. 이러한 과정을 ‘증폭’이라고 합니다.
양극성 트랜지스터는 두 가지 주요한 용도로 사용됩니다. 첫 번째로, 증폭기로서 작은 전류나 전압을 크게 증폭하여 출력하는데 사용됩니다. 이는 오디오 시스템이나 통신 시스템에서 사용되어 소리나 신호를 크게 만들어주는 역할을 합니다. 두 번째로는, 스위치로서 사용됩니다. 입력 신호에 따라 스위치를 열거나 닫을 수 있는 기능이 있습니다. 이를 통해 전기 회로를 제어하거나 신호를 전달하거나 차단하는 역할을 할 수 있습니다. 그리고 크기를 아주 작은 크기로 만들 수 있기 때문에 다양한 전자 기기에 적용하기 쉽습니다. 예를 들어, 컴퓨터, 스마트폰, 라디오 등에 설치 될 수 있습니다.
양극성 트랜지스터의 장점
양극성 트랜지스터는 다양한 전자 기기 및 회로에서 널리 사용되며 다양한 장점을 가지고 있습니다. 사용 시 장점에 대해 자세히 알아보겠습니다. 증폭 기능은 대표적인 기능 중 하나 입니다. 작은 입력 신호를 증폭하여 큰 출력 신호로 변환할 수 있는 것이 특징입니다. 이는 오디오 및 비디오 신호 처리, 통신 시스템, 음향 장비 등 다양한 애플리케이션에서 필수적인 기능입니다. 작은 전류나 전압 신호를 입력으로 주면 이를 증폭하여 출력으로 내보냅니다.
스위칭 기능 또한 대표 적인 기능 중 하나 입니다. 입력 신호를 적용하면 트랜지스터는 출력 신호를 끊거나 통과시킬 수 있습니다. 이러한 스위칭 기능은 디지털 회로, 컴퓨터, 로봇 제어, 자동차 전자 시스템 등에서 널리 사용됩니다. 작은 크기로 만들 수 있는 것도 장점 중의 하나 입니다. 이는 공간 절약 및 다양한 기기에 적용할 수 있는 편의성을 제공 하기 때문에 어떠한 전자기기에도 들어갈 수 있다는 큰 장점이 있습니다. 작은 크기는 트랜지스터를 집적 회로에 통합하거나 복잡한 회로를 작은 공간에 구현할 수 있기 때문입니다.
빠른 속도도 자랑 할만한 기능 중의 하나입니다. 양극성 트랜지스터는 높은 스위칭 속도와 빠른 동작 속도를 가지고 있습니다. 이는 빠른 데이터 처리, 높은 주파수 신호 처리 등에서 중요한 요소입니다. 빠른 동작 속도는 트랜지스터를 사용하는 시스템의 전체 성능을 향상 시킵니다. 양극성 트랜지스터는 성능 면에서 높은 신뢰성을 갖고 있습니다. 잘 설계된 회로와 적절한 사용 조건에서 사용되면 오랜 시간 동안 안정적으로 작동할 수 있습니다. 이는 전자 기기의 신뢰성과 수명을 향상 시키는데 도움을 줍니다.
마지막으로 비용 면에서 비교적 저렴하다고 할 수 있습니다. 대부분의 응용 분야에서 사용되는 트랜지스터는 저렴하게 구매할 수 있는 편리함을 제공합니다. 이는 대량 생산이 가능하고 다양한 업체에서 생산되기 때문입니다. 이러한 많은 장점들은 양극성 트랜지스터가 전자 기기 및 회로에서 널리 사용되는 이유 중 일부입니다. 그러나 양극성 트랜지스터에도 한계는 있으며 특정 애플리케이션에 최적화된 다른 유형의 트랜지스터가 필요할 수도 있습니다. 따라서 특정 용도에 맞는 트랜지스터를 선택하는 것이 중요합니다.
작동원리
양극성 트랜지스터는 앞서 말했듯이 ‘에미터’, ‘베이스’ 그리고 ‘콜렉터’라고 불리는 세개의 소자로 구성된 반도체 소자 입니다. 대표적으로 NPN 또는 PNP 형식의 트랜지스터가 존재하며 이는 다이오드의 집합이라고 생각할 수 있습니다. 현재의 트랜지스터의 대표적인 소재는 실리콘으로서 과거 게르마늄 소재를 사용했을 때와는 다르다. 실리콘의 특징은 일상생활속 실온의 순수한 상태에서는 절연체로서 존재하지만 여기에 불순물을 주입하면 N형 반도체나 P형 반도체라는 이름으로 반도체가 되는 것입니다.
두 상태 모두 내부에 전자가 하나 많거나 하나 적은 상태로서 외부 전압에 의해 바이어스가 걸리게 되면 내부에서 전자가 운동할 수 있는 상태가 됩니다. 바로 도체 상태가 되는 것입니다. 소자의 모습은 NPN 트랜지스터의 가운데에 얇은 P형 반도체(전자가 하나 적은)를 두고 양 옆에 두꺼운 N형 반도체층을 붙여넣은 모양으로 되어 있습니다. PNP 형 트랜지스터는 반대의 모양을 생각하면 됩니다. 위쪽의 사진을 참고 하시면 실제 모습을 확인 할 수 있습니다.
간단히 얘기하면 가운데 있는 P형이나 N형 판에 일정한 전압을 주면 전류가 흐르는 길이 열리고 닫히는 동작이 수행되고, 이를 통해 다른 전자 장치를 동작 시킬 수 있는 쉽게 말하면 스위치 같은 역할이라고 할 수 있습니다.
