🔴 트랜지스터의 구조
트랜지스터는 다이오드를 양쪽으로 붙인 것과 비슷하다고 생각하면 된다.
🔴p형 반도체와 n형 반도체
일단 p형 반도체와 n형 반도체가 무엇인지 알아보자.
반도체들은 불순물을 조금만 첨가해도 전기적 성질이 달라지고 이 성질을 많이 써먹는다.
p형, n형 반도체가 그런 예인데 순수한 14족 실리콘 같은 원소에 13족이나 15족 원소들을 분순물로써 첨가하는 것이다.
- p형 반도체
순수한 14족 원소들만 있는 반도체는 자기네들끼리 적당히 전자를 공유하며 상당히 빈틈업슨 구조를 가지고 있다.
그런데 여기 불순물로 13족 원소가 하나 끼어들어가게 되면 전자가 하나 모자라 비어있는 상태가 된다.
이 비어있는 것을 '정공'이라고 하는데 다이오드나 트랜지스터에서는 정공의 이동을 마치 +입자의 이동과 같이 이해한다.
전자들이 빈자리를 채우며 돌아다니는 것을 마치 빈 공간이 이동하는 것으로 생각하는 것이다.
이를 p형 반도체라고 한다.
- n형 반도체
반대로 15족 원소를 불순물로 첨가하게 되면 전자가 하나 남아돈다. 그러면 이 남아도는 전자가 자유전자같이 되어 돌아다닐 수 있게 된다.
얘네가 전류를 흐르게 하고 아니게 하고를 조절하게 되는 것이다. 이것이 n형 반도체이다.
🔴 p형 반도체와 n형 반도체를 붙여놓은 다이오드가 어떻게 동작할까?
순방향 전압을 걸어주면 전자는 +극으로 가고 정공은 -극으로 자연스럽게 이동한다.
그러면서 자연스럽게 전류가 흐른다.
하지만 전압을 역방향으로 걸어주게 되면 정공은 -극으로 쏠리고 전자는 +극으로 쏠리면서 가운데 전하가 비는 공핍층이 생기게 된다. 결국 회로를 따라 전하의 이동이 일어나지 않고 전류가 흐르지 않게 된다.
🔴 트랜지스터란?
그러면 트랜지스터는 어떤 형태냐하면 다이오드 비스무리한데
p, n, p 또는 n, p, n 순서로 3개의 반도체를 나란히 붙인 것이다. (가운데 층은 얇게 한다.)
그리고 가운데 베이스, 양 끝은 각각 컬렉터와 이미터라는 이름이 붙는다.
그리고 그 순서에 따라 pnp형 트랜지스터와 npn형 트랜지스터의 차이가 생긴다.
🔴 트랜지스터의 핵심 기능?
핵심기능은 증폭작용과 스위칭 작용이다.
증폭은 정확히 말하면 적은 양의 전류로 많은 양의 전류를 컨트롤 하게 된다는 뜻이고
스위칭은 말 그대로 전류를 흘렸다, 안흘렸다 하는 것을 말하는데
원리를 살펴보면
✔ npn 형일 때 증폭작용
베이스와 이미터에만 전압을 걸어주었다고 생각하면 +극이 베이스쪽이니 순방향 전압이라서 자연스럽게 베이스에서 이미터쪽으로 전류가 흐른다. 컬렉터 쪽으로는 n형 반도체가 잇으니 전류가 흐를리 없다.
그런데 여기서 컬렉터와 이미터 사이에 훨씬 큰 전압이 걸리게 되는 상황을 생각해보면
아까와 같이 자연스러운 흐름에 의해 전자들은 이미터에서 베이스로 이동하지만 그 과정에서 컬렉터 쪽의 강력한 +전압에 의해서 전자들이 그 쪽으로 끌려 나가는 것이다. 그러면 이미터 쪽의 얇은 n층을 그냥 스르륵 지나가면서 전자의 흐름이 컬렉터 쪽으로 생성된다. 따라서 컬렉터에서 이미터로 전류 흐름이 생긱는 것이다.
결과적으로 베이스로 흐르던 적은량의 전류가 컬렉터 쪽에서 이미터쪽으로 큰 전류를 유도해내게 되는 것이고 이를 증폭작용리라고 한다.
✔ 스위칭 작용은?
컬렉터에서 이미터로 전류가 흐르게 된 것은 이미터에서 베이스쪽으로 전자의 흐름이 유도 되었기 때문임
애초에 베이스와 이미터 사이에 전압이 없다고 가정하고
이미터와 컬렉터 사이에 전압이 걸려도 중간에 p형이 끼어있기 때문에 전류가 흐를 수 없다.
여기서 스위치를 연결해 베이스와 이미터 사이에 전압이 걸리게 되면 위에서 설명한 원리로 전자의 흐름이 유도되어 컬렉터에서 이미터로 전류가 흐르게 되고 LED에도 불이 켜진다. 이처럼 트랜지스터가 베이스에 걸리는 전압에 따라 전류를 흘리고 안 흘리고 하는 스위칭 작용을 해주게 된다.