본 게시글은 양극성 접합 트랜지스터에 대해 자주 묻는 질문(FAQ)들을 모은 것입니다. 궁금한 내용에 대한 답변을 찾을 수 없다면, 댓글에 질문을 남겨 주시기 바랍니다.
양극성 접합 트랜지스터(BJT)란 무엇이며, 어떻게 동작하나요?
트랜지스터는 전통적으로 선형 증폭기, 발진기, 또는 디지털 스위치 등으로 동작하는 3단자 반도체 소자로 정의됩니다. 트랜지스터는 소량의 베이스 전류가 컬렉터에서 이미터로 흐르는 더 큰 전류를 제어하도록 설계되어 있습니다.
트랜지스터는 NPN형 또는 PNP형으로 분류됩니다. 이 명칭은 트랜지스터를 구성하는 반도체 층을 나타내며, 실질적인 측면에서는 소자를 통과해 흐르는 전류의 방향을 나타냅니다.
트랜지스터의 기본 작동 원리는 트랜지스터의 베이스에 인가된 소량의 전류가 컬렉터에서 이미터로 흐르는 더 큰 전류를 제어하는 전류의 관점에서 설명됩니다. 이처럼 작은 전류로 큰 전류를 제어할 수 있기 때문에 트랜지스터는 증폭기 역할을 할 수 있습니다.
트랜지스터 정의의 확장
오늘날 "트랜지스터"라는 단어는 "반도체"라는 단어 대신 사용되는 경우가 많습니다. 그 결과, 트랜지스터라는 용어는 얼마든지 BJT, JFET, MOSFET 또는 IGBT와 같은 반도체 부품을 지칭할 수도 있습니다. 명확하게 하기 위해, 전통적인 의미의 트랜지스터는 BJT라고 해야 합니다.
기술 팁: 트랜지스터 회로 기호를 외우는 좋은 방법 중 하나는 NPN 트랜지스터를 Not Pointing iN(화살표가 안쪽을 향하지 않는)으로 기억하는 것입니다.
BJT 학습 방법: 실험의 중요성
전자공학은 단순히 보는 것만으로는 배울 수 없는 학문입니다. 트랜지스터처럼 복잡한 주제를 깊이 있게 이해하려면 반드시 직접 실험을 해봐야 합니다. 트랜지스터를 직관적으로 이해하기 위해서는 회로를 구성해보는 것이 좋습니다. 이는 자신을 한계까지 밀어붙일 수도 있기 때문에 불편한 과정이 될 수도 있습니다.
제가 처음 한 트랜지스터 실험 중 하나는 12VDC 자동차 전조등의 밝기를 제어하는 것이었습니다. 당시에는 고전적인 2N3055 트랜지스터가 적절한 후보로 보였습니다. 이 실험을 통해 전력 소모와 선형성에 대해 많은 것을 배웠습니다. 이 실험 및 관련된 수백 번의 실험을 통해, 저는 모든 회로에 적용하고 있는 저만의 직관적 이해를 발전시켰습니다. 이 과정은 평생에 걸친 학습 여정이며, 저 역시도 여전히 실수를 합니다.
심화 학습을 다룬 이 게식글은 모든 연령대의 학생들에게 적용될 수 있습니다.
마지막으로 조언을 하나 더 드린다면, Paul Horowitz와 Winfield Hill이 저술한 The Art of Electronics을 꼭 구해보시기 바랍니다. 기본적인 트랜지스터 회로부터 시작한 다음, 회로를 직접 수정해 보고, 나아가 자신만의 회로를 설계해 보시기 바랍니다.
트랜지스터를 아무 트랜지스터로 교체해도 되나요?
간단히 말하자면, 안 됩니다.
교체용 트랜지스터는 원래 회로와 잘 맞을 수 있도록 신중하게 선택해야만 합니다. 이는 중요한 부분으로, 회로가 다음과 같은 트랜지스터 매개변수에 의존적이기 때문입니다:
- NPN, PNP, 달링턴과 같은 트랜지스터 유형
- 이미터-컬렉터 전압과 같은 전압 허용 범위
- 일반적으로 컬렉터 전류로 표현되는 전류 허용 범위
- 물리적인 패키지 형태
- 전류 이득
기술 팁: 잘못된 트랜지스터로 교체하면, 교체한 새 트랜지스터가 즉시 손상될 수 있습니다. 심지어 끊어지기 쉬운 PCB 트레이스를 포함해 관련 회로가 손상될 수도 있습니다.
교체용 트랜지스터는 어떻게 찾나요?
가능하다면, 직접 대체품인 트랜지스터를 사용해야만 합니다. 직접 대체품은 원래의 트랜지스터 특성에 맞춰 설계 팀이 회로를 설계하였다는 것을 의미합니다. 직접 대체품을 사용하지 않을 경우, 회로가 불안정하게 동작하거나, 장비의 수명이 단축될 수 있으며, 심한 경우 회로가 즉시 손상될 수도 있습니다.
단종은 직접 대체품을 찾기 어렵게 만듭니다. 예를 들어, 오래된 1970년대의 오디오 증폭기에 사용된 드라이버 트랜지스터는 이제 더 이상 생산되지 않을 것입니다. 특히 전력 트랜지스터는 패키지가 단종된 경우가 많아 더 문제입니다. 이런 경우, 장비를 개조하거나 부품 교체용 장비의 구입과 같은 비용이 많이 드는 다른 방법을 찾아볼 필요가 있습니다.
디지키를 활용한 교체용 트랜지스터 찾기
한때 수리 기술자들을 위해 트랜지스터 대체품을 제공하던 사업이 활발했었습니다. NTE(구 Philips ECG)와 같은 회사들은 상호 참조용 책자와 함께 다양한 교체용 반도체 부품을 제공했습니다. 소수의 실물 부품으로 많은 트랜지스터를 대신할 수 있어서 수리 기술자에게는 매우 이상적인 방식이었습니다. 예를 들어, 고전적인 NTE 123은 수백 가지의 트랜지스터를 대체하는 데 사용될 수 있었습니다.
안타깝게도, NTE는 2024년에 사업을 종료하였습니다. 그러나 ECG와 NTE의 유용한 상호 참조 문서는 여전히 인터넷에서 찾아볼 수 있습니다. 따라서 아래 방법을 사용해 디지키로부터 대체품을 찾아볼 수 있습니다:
- 온라인에서 ECG / NTE 상호 참조 문서를 찾습니다.
- 교체하려는 트랜지스터에 대한 ECG / NTE 호환 부품을 확인합니다.
- 디지키 테크포럼에서 ECG / NTE 부품 번호를 검색하여 권장하는 교체품을 찾아봅니다.
또는, 디지키 테크포럼에 요청글을 작성하여 디지키에 추천을 문의할 수도 있습니다. 이 때 가능한 많은 정보를 제공해 주시는 것이 중요합니다. 그래야 디지키의 전문가들이 교체품을 찾을 가능성이 높습니다.
2N2222 트랜지스터의 교체품은 무엇인가요?
젤리빈 부품인 2N2222는 약 60년간 사용되어 왔습니다.
원래 이 소자의 패키지 형태는 그림 1에서 볼 수 있는 상징적인 TO-18 금속 캔이었으며, 이는 1963년 11월 4일 출원하여 1965년 12월 28일에 등록된 John C Haenichen의 유명한 특허 3,226,614로 거슬러 올라갑니다.
2N2222는 광범위하게 사용 가능한 부품으로 오랜 시간 검증되어 왔기에 젤리빈 부품으로 여겨집니다. 디지키에서는 이 고전적인 2N2222의 다양한 변형품을 제공하고 있으며, 디지키 검색창에 “2222 BJT”를 입력하면 찾을 수 있습니다.
현재 디지키는 고전전인 2N2222도 제공하고 있습니다. 이 부품은 고전적인 장비의 복원이나 복제에 이상적입니다. 디지키는 패키지가 TO-92 케이스로 변경된 2N2222도 함께 제공하고 있습니다. 온세미의 PN2222ABU는 이러한 저가형 현대식 2N2222 변형품을 대표합니다.
그림 1: 1963년 11월 4일 출원하여 1965년 12월 28일에 등록된 John C Haenichen의 특허 3,226,614에 수록된 TO-18 패키지 형태의 트랜지스터 스케치.
547 트랜지스터는 뭘로 대체하죠?
젤리빈 부품인 BC547은 2N2222 또는 2N3904와 거의 유사한 소신호 트랜지스터입니다.
BC547은 유럽에서 취미용 프로젝트에 널리 사용되는 트랜지스터입니다. 이 상징적인 부품 번호를 한 번 인지했다면, 거의 모든 프로젝트에서 이 부품을 보게 될 것입니다. 하지만, BC547이 쉬운 부품이라는 의미는 아닙니다. 대신, 매우 대중적인 반도체 제품군임을 보여줍니다.
일반적으로 젤리빈 부품인 2N3904와 2N2222를 사용하여 BC547를 대체할 수도 있습니다. 그러나 전체 부품 번호, 특히 이득 접미사에는 주의할 필요가 있습니다. 예를 들어, BC547C는 고이득 트랜지스터로, 앞서 언급한 두 트랜지스터와 성능이 맞지 않습니다.
참고로, BC547 및 관련 제품군의 부품 번호 체계는 다음과 같습니다:
- 첫 번째 문자: 문자 “B”는 밴드갭이 1.0~1.3eV인 반도체 재료(실리콘)를 나타냅니다.
- 두 번째 문자: 문자 “C”는 해당 트랜지스터가 주로 가청 주파수 응용 분야용으로 설계되었음을 나타냅니다.
- 시리즈 번호: 개별 반도체 부품을 식별하기 위해 세 자리 숫자를 사용합니다.
- 이득 접미사: BC107 규격서를 자세히 살펴보면, 시리즈 번호 뒤에 이득 접미사가 붙는 것을 확인할 수 있습니다. BCXXXA는 평균 DC 전류 이득이 90이며, BCXXXB는 150, 그리고 BCXXXC는 270입니다.
관련 정보
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저자 소개
미합중국 해안경비대(USCG) 소령(LCDR)으로 전역한 Aaron Dahlen은 디지키에서 애플리케이션 엔지니어로 근무하고 있습니다. 27년간의 군 복무 동안 기술자 및 엔지니어로서 쌓아온 그 만의 전자 및 자동화에 대한 지식은 12년간의 교단을 통해 (상호 연계되어) 더욱 향상되었습니다. 미네소타 주립대학, Mankato에서 전기공학 석사(MSEE) 학위를 받은 Dahlen은 ABET(Accreditation Board for Engineering and Technology, 미국 공학 기술 인증 위원회) 공인 전기공학 과정을 가르치고, EET(Electrical Engineering Technology, 전기공학 기술) 과정의 프로그램 조정관으로 일했으며, 군 전자 기술자에게 부품 수준의 수리에 대해 가르쳤습니다. 미네소타 주 북부의 집으로 돌아와 이런 류의 연구와 글쓰기를 즐기고 있습니다.
영문 원본: Bipolar Junction Transistor (BJT) FAQ: Answers to Common Questions