BJT 전류

(2017-01-25)

이미터 전류, 컬렉터 전류, 베이스 전류

1. BJT 전류 

   

  ㅇ IE = IC + IB

  ㅇ 한편, npn,pnp을 구분하는 화살표는 전류 방향을 의미


2. [활성모드]  BJT 전류 

  ㅇ 컬렉터 전류  
     -  IC = Is [ exp(vBE/VT) - 1 ] ≒ Is exp(vBE/VT)
        . 여기서, exp(vBE/VT) >> 1로 가정
        . VT열전압쇼클리 다이오드 방정식 참조

  ㅇ 베이스 전류
     -  IB = (1/β) IC = (1/β) Is exp(vBE/VT)
        . 여기서, IC = βIB, β는 공통 이미터 전류 이득
           .. β≒ 50~200 정도, 베이스 전류에 대한 컬렉터 전류증폭 정도를 나타냄
           .. 즉, 베이스 전류는 대단히 작음 (컬렉터 전류의 1~2% 이하)

  ㅇ 이미터 전류
     -  IE = IC + IB = (1 + 1/β) IC = (1+β)/β IC = (1/α) IC = (1/α) Is exp(vBE/VT)
        . 여기서, IC = αIE, α는 공통 베이스 전류 이득
           .. α≒1  즉, 컬렉터 및 이미터 전류는 거의 같음 (거의 이득 제공 안함)

  ㅇ 두 전류 이득 α,β 간의 관계                                     ☞ BJT 전류 증폭률 참조
     -  α = β/(1+β),  β = α/(1-α)


3. [활성모드]  npn BJT의 동작 요약 및 대신호 등가회로 모델

  ㅇ 컬렉터 측
     - vBE는 지수적인 관계를 갖고 iC를 흐르게 함
     - vCB가 역 바이어스인 한, iC는 컬렉터 전압에 영향 받지 않음
     - 따라서, 활성모드에서 컬렉터 단자는 이상적인 정전류원으로 동작
  ㅇ 베이스 측
     - iB는 컬렉터 전류의 (1/β)배 (즉, iC = βiB) 
  ㅇ 이미터 측
     - 이미터 전류는 베이스 및 컬렉터 전류의 합 (즉, iE = iC + iB)
     - 이미터 전류는 컬렉터 전류 보다 약간 작음 (즉, iE ≒ iC)

     

  ※ 주로, 전압제어전류원(트랜스컨덕턴스)으로 동작하는 3단자 소자에서,
     - 베이스-이미터 전압 제어에 의해 컬렉터 전류의 조절이 가능
        . 이를 통해 증폭 효과 등에 이용할 수 있음                         ☞ 증폭기 참조


4. [활성모드]  npn 트랜지스터에서의 캐리어 흐름 및 전류 관계 例)

   

  ㅇ (고 농도 도핑전자를 갖는) 이미터 전하 대부분이 컬렉터까지 흘러가게 됨
     - 순 바이어스된 이미터-베이스(E-B) 접합을 넘어 이미터에서 베이스로 주입된 전자들은,
        . 베이스 영역에서 확산되고 일부는 재결합되며, (매우 작은 재결합)
        . 그 농도가 거의 선형적으로 큰 경사를 갖고 감소하며, (확산 전류가 큼)
           .. (베이스 폭이 소수 캐리어 확산 거리에 비해 작음)
        . 베이스 과잉 전자들은 베이스-컬렉터 접합 부근에서 컬렉터로 휩쓸려 농도가 0이 되며,
        . 베이스-컬렉터(B-C) 접합이 역 바이어스됨에도 불구하고, 
        . 컬렉터 측 양(+) 전압에 끌려서 컬렉터까지 흘러들어가서
     - 결국, 컬렉터 전류 IC가 (C-B ) -> (B-E) 접합을 통해서 흐르게 됨

  ㅇ 주로, 소수 캐리어에 의해 전류제어


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