기초 전자회로 정보 _ 트랜지스터(Transistor)

* 본 포스팅은 '컴퓨터의 이해를 위한 기초 전자회로' 글을 위한 정보 조각입니다.

컴퓨터의 이해를 위한 기초 전자회로

 

 

* 컴퓨터의 논리 연산자에 대해 이야기할 때 트랜지스터는 빠질 수 없는 기본 중의 기본 소자입니다. 

하지만 그 개념은 정말 복잡하고 너무나 어려운 것이죠... 이번 INFO. 에서는 간단하게 이해하는 것으로 넘어가겠습니다.

 

다소 진부할 수 있는 도입부_ 트랜지스터의 개발

세계 2차 세계대전 반도체 연구가 활발했습니다. (통신 때문인데.. 이하 생략 ㅎㅎㅎ) 그리고 1948년에 벨연구소에서 처음으로 저마늄을 이용한 반도체 3극 진공관을 성공적으로 개발하였습니다. 이 반도체는 신호를 보내기 위한 3개의 연결을 갖는 배리스터로서 사용되었기 때문에 트랜지스터로 명명되었다죠...

(전쟁의 아이러니함..) 트랜지스터는 정말 엄청나게 엄청난 발명품입니다.. 진심.. 개발자는 노벨 물리학상을 수상했죠.

 

이 초기 반도체는 저마늄 칩 형태로 깨지기 쉽고, 작은 금속이나 플라스틱 용기로 3개의 연결선을 이어야 하는 단점이 있었습니다. 이러한 점 연결식 트랜지스터의 단점에도 불구하고, 그 주파수 응답특성은 우수했기 때문에 성공적인 개발이었죠. 

이후에 William Shockley에 의해서 단점을 커버한 현대 반도체의 기본이 되는 Junction Transistor가 개발되었습니다.

 

이 접합형 트랜지스터(Junction Transistor)에 대해 알아보겠습니다.

 

접합형 트랜지스터의 구조 (The structure of Junction Transistor)

PNP형 트랜지스터의 구조

P는 뭐고 N은 뭘까요.. 이 트랜지스터의 원리를 이해하기 위해서는 다소 미시세계에 대한 정보가 필요합니다.

 

먼저, 전도체(Conductors)는  Valence band에서 하나의 전자를 가지고 그 전자의 움직임에 의해서 전류가 형성됩니다. 반면에, 반도체에서는 전류는 Positive Charges의 움직임으로서 형성될 수 있습니다. 

 

음.. 다소 물리학적 관점은 나중에 알아보기로 하고, 여기서는 딱..! 트랜지스터의 기능만 알아보도록 하겠습니다. 

 

트랜지스터의 특성

트랜지스터는 입력단(Base)과 공통단(Collector)의 인가된 전류에 따라서 전기 전도도가 달라진다는 특성을 가지고 있다.

 

트랜지스터의 기능

1. 증폭 기능 ; 흐르는 전류나 전압을 증폭시킨다.

 

2. 스위치 기능 ; 전류를 흐르게 하거나(ON) 차단시키는 것(OFF) 이 가능하다.

전류의 흐름

PNP 트랜지스터의 구조에서 볼 수 있듯이 트랜지스터의 핵심은 PNP 형태로 물질을 붙여서 쌓아놓은 형태입니다.

그 흐름에 따라서 두 가지로 분류되는데, 하나는 PNP형 트랜지스터이고 다른 하나는 NPN 형 트랜지스터입니다.

 

1. PNP 형 트랜지스터 

다음과 같이 베이스(Base), 컬렉터(Collector), 이미터(Emitter)로 구성됩니다.

 

PNP형

- PNP형은 양전압을 베이스와 이미터에 연결하여 사용합니다.

- PN 접합 부에는 순방향 전압을 걸고, NP 접합부에는 역방향 전압을 구성합니다.

 

2. NPN 형 트랜지스터

다음과 같이 베이스(Base), 컬렉터(Collector), 이미터(Emitter) 로 구성됩니다.

 

NPN형

- NPN형은 음전 압을 베이스와 이미터에 연결하여 사용합니다.

- NP 접합 부에는 순방향 전압을 걸고, PN 접합부에는 역방향 전압을 구성합니다.

 

정리!

1. 트랜지스터는 반도체 소자로서, 물질의 구조(PNP, NPN 형)에 따라서 전기 전도도가 달라지는 특성을 가진다. 

2. 트랜지스터는 증폭, 스위치 기능을 한다.

3. 트랜지스터를 더 깊게 알기 위해서는 물질과 관련된 물리학이 필요하다!

 

 

* 이해가 어려우신 분들은 전자회로 관점에서 트랜지스터를 설명한 다음의 글을 참고하시기 바랍니다.

[Section 1] BJT 트랜지스터