43. 저항 내장 트랜지스터의 계산 방법

(1) 베이스 전류의 계산

베이스 전류의 계산을 실제 저항 내장 트랜지스터를 예로 들어 다음과 같이 설명합니다.

온도가 25℃일 때는 이미터 ‐ 베이스 사이의 순방향 전압은 약 0.7V이지만 온도가 변화한 경우 순방향 전압은 1℃ 상승함에 따라 약 2.2mV 감소합니다. 예를 들어 50℃일 때는 정도가 됩니다. 반대로 －40℃로 저하된 경우에는 정도가 됩니다. 이처럼 온도에 따라서도 순방향 전압 Vf는 변화하므로 주의해 주십시오. 또한, 25℃에서의 순방향 전압 0.7V도 어디까지나 기준입니다. ±0.1 정도 변동할 수 있으므로 주의해 주십시오. 그리고 내장 저항 R1, R2에는 ±30% 정도의 차이가 있으므로 위의 계산을 기준으로 생각해서 저항값이 최악인 경우를 생각해서 계산하시기 바랍니다.

(2) 최소로 필요한 입력 전압(구동 전압)의 계산

저항 내장 트랜지스터를 ON 상태로 만들기 위한 입력 전압(구동 전압)을 실제 저항 내장 트랜지스터를 예로 들어 다음과 같이 설명합니다.

저항 내장 트랜지스터가 동작할 때는 EB 사이에 순방향 전류가 흐르고 있으므로 (EB 간 전압) = (EB 간 순방향 전압: 약 0.7V) = (R2의 양단에 걸리는 전압)이 성립합니다.

저항 내장 트랜지스터가 동작할 때는 내장 트랜지스터의 이미터 – 베이스 사이에(EB 간) 순방향으로 베이스 전류가 흐르고 있기 때문에 EB 사이에는 순방향 전압(25℃에서 약 0.7V)이 걸립니다. 저항 내장 트랜지스터에서는 내장 트랜지스터의 EB 사이와 저항 R2가 병렬로 접속되어 있기 때문에 R2에도 같은 0.7V가 인가됩니다. 따라서 R2에는 의 전류가 흐르는 것을 알 수 있습니다.

이 R2에 흐르는 70μA는 R1에도 흐릅니다. 따라서 R1의 양단에는 의 전압이 걸리는 것을 알 수 있습니다. 이 R1의 0.7V와 내장 트랜지스터 EB 사이의 0.7V를 합쳐 저항 내장 트랜지스터를 ON 상태로 만들기 위해서는 총 1.4V의 입력 전압이 필요한 것을 알 수 있습니다.

이처럼 저항 내장 트랜지스터를 ON 상태로 만드는 전압 Vi(on)를 일반화하면 순방향 전압을 Vf로 하면 가 됩니다. 이러한 결과로부터 저항 내장 트랜지스터의 ON 전압은 R1과 R2의 비율로 결정되는 것을 알 수 있습니다.

실제로는 저항값 비율과 Vf의 차이에 따라 위의 구동전압은 20～30% 정도의 변동성이 있고 온도 변화에 따른 변동도 있으므로 어디까지나 기준으로 하고 실제로 사용할 때는 충분한 차이를 확보해서 설계하시기 바랍니다. 정확히 25℃에서는 출력 전류가 100μA 정도인 경우에 정도이고 출력 전류가 1mA 정도인 경우에는 정도를 기준으로 해서 계산하시기 바랍니다.

이처럼 계산한 전압은 어디까지나 ON 상태가 되기 시작하는 전압입니다. 실제로 어느 정도의 출력 전류를 흘리기 위해서는 위의 조건 외에 출력 전류의 1/20 정도 높은 전류를 내장 트랜지스터의 베이스에 흘릴 필요가 있으므로 필요한 입력 전압은 더 큽니다. 위와 같은 예에서는 npn형으로 생각했지만 pnp형의 경우에도 Vf의 값이 거의 같기 때문에 똑같은 계산이 성립합니다.