Lecture 14. Bipolar Transistor Characteristic. Intro. to Biasing

Basic Properties of Bipolar Transistor

 

Collector의 전류 값은 앞서 배웠듯이 위와 같은 exp의 관계를 갖는다. 그럼 여기서 Is의 값에 대해서 알아보자. 우선 Is는 위와 같이 식이 써지고 Ae는 emitter cross section area Wb는 Base width Nb는 doping in base를 말한다. 여기서 중요한 값은 Ae이다. 병렬로 transistor를 연결시 키 주면 emitter의 cross section이 늘어나는 것이고 (ex 4.2) 그 결과 Is가 증가하면서 Ic가 증가하게 된다. 그럼 이제 transistor의 특징에 대해 알아보자. 

 

- Vbe가 60mV 증가하게 되면 Ic는 얼마의 변화를 보일까?

 

결과적으로 말하자면 Ic는 10배가 증가하게 된다. Ic 식이 다이오드에서의 식과 유사하다는 것은 쉽게 알 수 있다. 그럼 이를 계산하게 되면 당연히 비슷하게 나오게 된다. 이렇게 유사한 결과가 나오는 이유는 base와 emitter는 애초에 PN Junction의 forward bias 꼴이기 때문이다. 

 

EX)

Area를 두배로 늘리고 Vbe를 -60mV 만큼 줄이게 되면 Ic의 값이 어떠한 변화가 생기는지 물어보고 있다. 일단 Area가 증가하게 되면 Is는 area에 비례함으로 2배 증가하게 될것이다. Vbe가 -60mV가 감소하게 되면 앞서 말했듯이 0.1배가 될 것이다. 이를 정리하면 아래와 같은 결과를 얻을 수 있다. 

 

이번에는 Ic vs Vce에 대한 그래프를 그려보자. 이때는 당연히 Vbe가 상수로 일정하다. Ic 식에 따르면 Vce의 변화는 영향을 주지 못한다. 즉 아래와 같이 일정한 형태의 그래프가 나오게 된다. 

이때 전류의 값은 Vbe가 바뀜에 따라 변한다. 예를들어 Vbe=700mV이면 720mV일때에 비해 당연히 Ic의 값이 낮다. 그러므로 위의 그래프에서 700mV 일 때 검은색으로 일정한 전류를 갖고 이는 720mV 일 때보다 작은 값을 보이게 된다. 이를 회로의 관점에서 생각해보려 한다. 

위의 그래프에서 얻은 결과는 Vce가 변해도 Ic의 값이 일정하다. 즉 Vce와 관계없이 일정한 전류를 공급하는 current source임을 알 수 있다. 또한 이 전류의 값 Ic가 Vbe에 의해 결정되는 값이므로 voltage dependent current source라고 생각할 수 있다. 이는 앞서 우리가 amplifier를 만들 때 필요했던 dependent source이다. 

 

Terminal Current

 

우선 Ic는 아래와 같다. 

원래 있던 -1은 어차피 exp에 비하면 매우 작은 값이므로 Vbe가 적당한 값(700-800mV)이면 무시해도 괜찮다. 

Ib의 경우 전류가 흐른다. 아래의 그림을 보면 

base에서 emitter로 hole이 이동하고 있음을 알 수 있다. hole의 이동은 곧 전류의 흐름임으로 base에 전류가 흐르고 있다고 말할 수 있다. 그리고 hole이 더 많이 흐르게 되면 전자가 비례하여 더 많이 흐르게 된다. 이를 식으로 나타내면 아래와 같이 나타낼 수 있다. 

앞서 말했듯이 hole이 더 많이 이동하면 전자가 더 많이 이동하게 되는 것을 통해 Ib가 Ic에 비례하여 증가함을 생각해 볼 수 있다. 이를 등호로 표현하면 위와 같이 Ic=(beta)Ib로 나타내고 이때 beta 값은 current gain이다. 

 

Emitter의 전류값은 KCL을 이용하면 간단하게 표현이 가능하다.

이때 B의 값이 50-200 정도되는 값이므로 Ie=Ic라고 말할 수 있다. 

 

그럼 이제 amplifier를 만들어 보자. 앞서 amplifier를 만들기 위해서는 dependent source가 필요하다고 했고 이는 transistor로 만들 수 있다. 

위와 같이 transistor를 대신해서 연결해주면 막상 문제가 있다. 이는 biasing이 제대로 되지 않아서 transistor가 제대로 작동하지 못하는 상태이다. 그럼 이 biasing에 대해 다음에 알아보자.

 

V/R

 

윤.