42. 저항 내장 트랜지스터의 기본

(1) 저항 R1에 대하여

저항 R1의 역할 : 입력 전압을 전류로 변환하여 트랜지스터의 동작을 안정시킵니다. 바이폴라 트랜지스터는 입력(베이스 단자)에 IC 등의 전압 출력을 직접 연결해서 전압 제어로 동작시키면 동작이 불안정해집니다. IC와 베이스 단자 사이에 저항(입력 저항)을 추가하여 전류 제어로 동작시키는 것으로 동작을 안정시킬 수 있습니다. 이것은 출력 전류는 입력 전압에 대해 지수 함수적으로 변화하지만, 입력 전압에 대해서는 선형적으로 변화하기 때문입니다. 이 입력 저항 R1을 내장한 것이 저항 내장 트랜지스터입니다.

동작이 불안정함
입력 전압에서는 동작이 불안정 (입력 전압에 대해 출력 전류는 지수 함수적으로 변화함.)
동작이 안정됨
입력 저항을 추가하여 입력을 전류(베이스 전류: IB)로 하면 동작이 안정된다. (입력 전류에 대하여 출력 전류는 선형적으로 변화함.)

입력이 전압인 경우와 전류인 경우의 트랜지스터 동작을 비교합니다.

	전압 제어 입력 : 이미터 – 베이스 간 전압 VEB	전류 제어 입력 : 베이스 전류 IB
	Is: 디바이스에 따라 결정되는 상수 k: 볼츠만 상수 T: 절대 온도 q: 전자의 전하 지수 함수적으로 변화	hFE: 증폭률 (디바이스에 따라 거의 일정) 선형적으로 변화

입력 – 출력 특성을 보면 오른쪽의 전류 제어에서는 출력이 입력에 대해 선형적으로 변화하고 있는 것에 반해 왼쪽의 전압 제어에서는 출력이 입력에 대해 지수 함수적으로 변하고 있는 것을 알 수 있습니다. 즉, 전압 제어에서는 매우 작은 입력 변화에 따라 출력 전류는 크게 변화하여 동작이 불안정하게 됩니다. 예를 들면 오른쪽 그래프에서는 입력 전류가 40 μ A에서 80 μ A로 2배 변화했을 때 출력 전류는 9mA에서 18mA로 2배기 되지만 왼쪽 그래프에서는 입력 전압이 0.7V에서 0.8V로 불과 14% 정도 변화한 것만으로 출력 전류는 10mA에서 70mA로 7배나 되어 버립니다. 이것은 입력 전압에 약간의 노이즈가 들어오는 것만으로 출력 전류가 큰 폭으로 변화되므로 실제 사용에는 적합하지 않습니다.

(2) 저항 R2에 대하여

저항 R2의 역할 : 누설 전류를 흡수하여 오작동을 방지합니다. 저항 R2는 입력으로부터 흘러들어오는 누설 전류나 노이즈 등을 기준 전압으로 떨어뜨리는 것으로 트랜지스터의 오작동을 방지할 수 있습니다.

미세한 전류일 때 입력 전압은 모두 기준 전압으로 떨어지지만, 입력 전류가 커지면 입력 전류의 일부가 트랜지스터의 베이스에 흐르기 시작하여 트랜지스터가 ON 상태가 됩니다.

이처럼 저항 R2에 의해 안정 동작이 실현되지만, 트랜지스터를 ON 상태로 만들기 위해서는 일정 이상의 전압이 필요합니다.