기술은 시간이 지나며 변화합니다. 단일 패키지 형태의 BJT는 20세기 기술의 정점이었습니다. 신호 증폭, 고주파 무선, 디지털 논리, 전력과 같은 다양한 응용 분야에 특화된 트랜지스터가 존재하였습니다. 기술과 제조 공정이 발점함에 따라, 대부분의 이런 응용 분야들은 발전된 MOSFET, IGBT, 그리고 고도로 특화된 집적 회로로 점차 대체되었습니다. 그러나 BJT는 오디오 증폭과 같은 틈새 응용 분야와 범용 동작용으로 여전히 유효한 소자입니다.
한가지 아쉬운 점은 BJT의 대체품을 찾기가 쉽지 않다는 것입니다. 예를 들어, 오래된 Marantz 2270 수신기를 수리한다고 가정해 보겠습니다. 해당 기기는 상호 보완적인 Motorola의 출력 트랜지스터 SJ2517(NPN)과 SJ2518(PNP)을 사용하였습니다. 이 수신기는 제조된 지 50년이 지났고, 해당 트랜지스터들은 더 이상 구할 수 없습니다. 따라서 디지키의 파라메트릭 검색 엔진과 같은 도구를 활용하여 적절한 대체품을 찾아야 합니다. 이 특정 사례에서는, MJ21194G(NPN)와 MJ21193G(PNP)가 적절한 대체품으로 간주됩니다.
양극성 트랜지스터에 대해 반드시 알아야 할 사실들
BJT에 대해 고려해야 할 핵심 사항 몇 가지가 있습니다:
트랜지스터가 최종 장비에서 테스트되기 전까지 대체는 완료된 것이 아닙니다
적절한 대체 트랜지스터의 선택은 디지키 고객들이 가장 자주 묻는 질문 중 하나입니다. 이는 단순한 질문이 아닌 것이, 원래의 사양과 잠재적인 대체품을 신중하게 비교하기 위해서는 시간이 걸리기 때문입니다. 우선순위에 따라 다음 항목들을 확인해야 합니다.
- 패키지
- 핀 배열
- 설계 최대 파라미터(VCE, IC, PD)
- 이득이나 포화 전압과 같은 미묘한 특성
구형이고 성능이 떨어지는 트랜지스터의 특정 특성에 최종 제품이 의존하고 있을 수 있기 때문에 이 과정은 더욱 복잡해집니다. 따라서 완제품에서 테스트하지 않고는 대체가 완료된 것이 아닙니다. 결국, 자신의 장비에 적합한 트랜지스터를 선택하는 책임은 사용자에게 있습니다.
상호 보완적인 트랜지스터 쌍의 활용
많은 트랜지스터들은 NPN 및 PNP 소자의 특성이 서로 어울릴 수 있도록 상호 보완적인 쌍으로 설계됩니다. 앞서 언급한 MJ21194G(NPN)와 MJ21193G(PNP) 같은 증폭기의 오디오 출력단이 대표적인 예입니다. 하지만, 상호 보완적인 소자는 KSC1845FTA(NPN)와 KSA992FBTA(PNP) 같은 소신호용 트랜지스터로도 가능합니다.
전력 트랜지스터에는 방열판이 필수입니다
트랜지스터에 대해 이야기할 때, 방열판의 개념을 빼놓을 수 없습니다. 2N3055 트랜지스터로 55W 자동차용 헤드램프의 밝기를 조절하려고 했던 첫 실험이 기억납니다. 전류를 처리하기에 충분한 트랜지스터였지만, 엄청나게 뜨거워졌습니다. 큰 알루미늄 판이 문제를 해결해 주었습니다. 지금이라면 스위칭 전원 공급 장치를 추천하겠지만, 누구나 처음은 있기 마련입니다.
달링턴 트랜지스터의 활용
학생들이 처음 트랜지스터를 접하게 되는 경우는 대개 마이크로컨트롤러와 관련이 있습니다. 이때 트랜지스터는 마이크로컨트롤러와 릴레이 또는 모터와 같은 부하 사이의 버퍼로 사용됩니다. 강제 베타(forced beta) 조건인 콜렉터 전류의 대략 1/10에 해당하는 베이스 전류로 트래지스터를 완전히 켜야만 하기 때문에, 이러한 “단순한” 응용에도 대부분의 사람들이 알고 있는 것 그 이상이 있습니다. 동시에 마이크로컨트롤러의 I/O 핀에 과부하가 걸리지 않도록 주의할 필요도 있습니다. 고이득 소자가 구동하기 쉽기 때문에 달링턴 트랜지스터는 이 상황을 해결할 수 있습니다. 마이크로컨트롤러가 콜렉터 전류의 1/10에 해당하는 베이스 전류가 아닌 1/00 정도의 전류를 달링턴 트랜지스터의 베이스에 공급하면 됩니다.
트랜지스터 회로 설계 팁
트랜지스터 기반의 오디오 증폭기는 여전히 인기가 있으며, 보람 있는 취미가 될 수 있습니다. 보다 깊이 있는 내용을 배우고 싶다면 “Audio Power Amplifier Design Handbook” 및 “Small Signal Audio Design”을 비롯한 Douglas Self의 저서를 참고해 보시기 바랍니다. 저도 이 자료를 읽을 때마다 새로운 것을 배웁니다. Elliott Sound Products와 PassDiy도 꼭 한 번 방문해 보시길 바랍니다. 다른 유익한 자료가 있다면 댓글에서 자유롭게 공유해 주시기 바랍니다.
이 포럼에서 계속해서 대화를 이어갈 수 있기를 기대하겠습니다.
감사합니다,
APDahlen
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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: An Engineer’s Perspective on Bipolar Junction Transistors (BJTs)