[부산 인력개발원 Harman 과정]전자회로 해석 및 설계 7

Transistor 응용회로

 

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NPN 트랜지스터

-> 전류가 Base단으로 흐르면 Collector -> Emitter 방향으로 전류가 흐름

-> 다수 carrier가 전자이어서 High Speed 응답 특성이 좋음

 

NPN 트랜지스터를 스위치로 동작시키기 위한 조건

1.Emitter 전압이 3개의 단자 중 가장 낮아야한다.

2. VBE가 0.7V보다 같거나 커야함

3. Base 단으로 전류가 흘러야함.

 

PNP 트랜지스터

-> 전류가 Base단에서 나가는 방향으로 흐르면 Emitter에서 Collector 방향으로 전류가 흐름

-> 다수 carrier가 홀이어서 NPN 트랜지스터에 비해 High Speed 응답 특성이 좋지 않음.

 

PNP 트랜지스터를 스위치로 동작시키기 위한 조건

1. Emitter 전압이 3개의 단자 중 가장 높아햐 한다.

2. VEB가 0.7V보다 같거나 커야함

3.Base 단에서 전류가 나가는 방향으로 흘러야함.

 

※일반적으로 BJT 트랜지스터를 스위치로 사용하면 부하(Load)는 Collector 단에 연결해야한다.

 

※스위치 On으로 동작해도 BJT C -> E 단에 0.2V정도의 전압이 걸리게 된다-> 전력 소모가 발생한다.

BJT 트랜지스터를 사용한 스위치는 전력소모가 있는 스위치이다.

 

BJT를 이용하여 과전류 검출 회로를 구성할 수 있다.

 

Npn tr과 pnp tr의 특성을 확인하기 위한 회로

회로의 전류원의 값을 변경하면서 동작을 확인했을 때 그래프와 같이 동작하는 것을 확인할 수 있었다.

 

Base 전류와 관계 없이 전류가 올라가는 부분의 영역(saturation region)에서 증폭기로 사용한다.

 

전류 일정하게 출력되는 부분에서 switch on으로 동작한다는 것을 확인할 수 있다.

 

base에는 그래프의 경계선보다 더 여유있게 전류를 공급해야한다.

 

SW가 On된거 같은 동작을 수행

 

※전류가 5mA가 흐르지 못하는 이유 : BJT는 C와 E 사이에 전류가 흐를 때 대략 0.2 V정도 전압차가 발생하기에 전류가 조금 감소되는 모습을 확인할 수 있다.(POWER 소모가 심한 Switch)

 

 

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아래와 같이 base에 pulse 신호를 넣었을 때 load에 걸리는 전압이 위와 같은 그래프로 on off 되는 것을 확인할 수 있다.

 

MOSFET

 

MOSFET의 특징

1. MOSFET은 Gate단의 전압을 통해 채널을 연결하여 전류를 흐르게 하는 소자이다.

2. MOSFET 또한 ON일 때(VGS> VTH) 채널에 생기는 Rds 성분으로 인해 MOSFET 양단에 전압이 발생하긴 하지만 BJT에 비해서는 Power 소모가 적은 소자이다.

3. Gate 단에 펄스 신호가 입력으로 들어올 때 고주파 성분으로 인해 MOSFET의 기생 캐패시터 Cgs에 의해 출력에 Noise가 발생하게 된다 이런 현상을 막기 위해 Gate단에 저항을 연결하여 Noise를 줄일 수 있다.

 

Mosfet type에 따른 특성

 

MOSFET의 type(N-type, P-type)에 따른 특성을 Pspice를 통해 검증해봤다.

 

그래프에 나오는 전류의 흐름을 확인했을 때 Gate단에 전압이 Vt를 넘을 때 전류가 흐르는 것을 확인할 수 있다.

 

Mosfet을 스위치로 사용할 때 양단에 걸리게 되는 전압은 거의 없다(Power 소모가 매우 적음)

 

MOSFET의 gate에 펄스 신호를 입력할 때

 

파형에 Noise가 발생한 것을 확인할 수 있다.

 

이유는? -> 해당 pulse 신호의 주파수로 인해 Mosfet의 구조상 발생하는 기생 Capacitance 성분Cgd 가 발생하며 이로 인해 해당 Drain 단에 전압과 합쳐지는 현상이 발생하여 출력이 변경되는 것을 확인할 수 있음.

 

해결 방법 : gate단에 저항을 연결

펄스파에서 Noise 성분이 많이 줄어든 것을 확인할 수 있음