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1. BJT 기본 특성
1.1. 실험 개요
바이폴라 접합 트랜지스터(BJT : Bipolar Junction Transistor)는 N형과 P형 반도체를 샌드위치 모양으로 접합한 구조로, 이미터, 베이스, 컬렉터라고 하는 3개의 단자로 구성된다. 베이스 단자의 전류가 컬렉터 단자의 전류나 이미터 단자의 전류에서 증폭되는 특성을 가지므로, 증폭기로 사용될 수 있다. 이 실험에서는 BJT의 기본적인 동작 원리를 살펴보고, 전류-전압 특성 및 동작 영역을 실험을 통하여 확인한다. 또한 BJT의 전류 증폭도 및 출력 저항을 측정을 통해 확인한다.."
1.2. BJT의 구조와 동작 원리
BJT는 N형과 P형 반도체를 샌드위치 모양으로 접합한 구조로, 이미터, 베이스, 컬렉터라고 하는 3개의 단자로 구성되어 있다. 베이스 단자의 전류가 컬렉터 단자의 전류나 이미터 단자의 전류에서 증폭되는 특성을 가지므로, 증폭기로 사용될 수 있다.
npn형 BJT의 이미터 영역은 n형, 베이스 영역은 p형, 컬렉터 영역은 n형으로 구성되어 있다. 베이스와 이미터, 베이스와 컬렉터 사이에 PN 접합이 존재하므로, PN 접합의 동작 영역에 따라 BJT의 동작 영역이 결정된다.
BJT의 동작 영역은 차단(cutoff), 능동(active), 역능동(reverse active), 포화(saturation) 등 네 가지로 구분된다. 능동 영역은 베이스-이미터 접합(EBJ)이 순방향 바이어스, 베이스-컬렉터 접합(CBJ)이 역방향 바이어스가 인가된 경우이다. 이때 이미터에서 주입된 전자가 베이스 영역을 통과하여 컬렉터로 집전되면서 컬렉터 전류 IC가 흐르게 된다.
또한 베이스에서 주입되는 홀에 의한 전류 성분과 이미터에서 베이스로 확산되는 전자들이 베이스 영역에서 재결합함으로써 발생하는 전류 성분에 의해 베이스 전류 IB가 흐르게 된다. 컬렉터 전류 IC와 베이스 전류 IB의 합이 이미터 전류 IE가 된다.
BJT의 컬렉터 전류와 베이스 전류 사이의 관계는 IC = (IS/β)e^(VBE/VT)와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 β는 BJT의 전류 증폭도를 나타내는 파라미터이다. 또한 이미터 전류와 베이스 전류, 컬렉터 전류 사이의 관계도 IE = (β+1)/β·IC와 같이 표현할 수 있다.
이와 같은 BJT의 구조와 동작 원리를 이해하면 BJT를 증폭기, 스위치 등 다양한 회로 소자로 활용할 수 있다.
1.3. 실험 회로 1: 능동 영역 분석
실험회로 1에서는 RB를 10kΩ으로 고정하고, VCC는 12V로 고정한 상태에서 Vsig에 6V의 DC전압을 인가하여, VO전압이 6V가 되는 RC 값을 찾고, 이때의 IB, IC, IE 전류를 측정하였다."
실험 결과, RC 값을 변화시키면서 VO 전압이 6V가 되는 지점을 확인한 결과, RC=50Ω일 때 VO 전압이 6.614V로 나타났다. 이때의 IB 전류는 0.040mA, IC 전류는 0.228mA, IE 전류는 0.237mA로 측정되었다. 이를 통해 BJT가 능동 영역에서 동작하고 있음을 확인할 수 있었다."
측정 결과를 정리하면 다음과 같다:
RC ...
