[레포트] BJT의 특성 및 bias 실험,npn/pnp

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목차

1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 준비물

본문내용

1. 실험 제목 : BJT의 특성 및 bias
2. 실험 목적 : 자유전자와 정공을 동시에 이용하는 트랜지스터를 이해하고 트랜지스터 npn/pnp형의 특성을 실험을 통해 알아본다. 또한 트랜지스터의 동작을 확인해본다.
3. 준비물
전원 : 1.5v, 6v dc전원 (2채널 DC power supply)
계측기 : 멀티미터, dc전류계 2개(멀티미터로 대체 가능)
저항 : 1/2W 100Ω, 360Ω, 470Ω, 4.7㏀, 2W 2.5㏀ 가변저항
트랜지스터 : NPN(2SC1815 또는 2N2222A), PNP(2SA1015 또는 2N2904A)
기타 : ON / OFF 스위치 2개
3. 기초 이론
Junction diode
○ n-형 반도체
5가 불순물로 도핑된 실리콘을 n-형 반도체라 부르며 여기서 n은 음(-)을 의미한다. n-형 반도체는 자유전자가 정공보다 많기 때문에 자유전자를 다수캐리어, 그리고 정공을 소수 캐리어라 한다. 전압이 인가되면 반도체 안의 자유전자들은 좌측으로, 그리고 정공들은 우측으로 이동한다. 정공 한 개가 결정의 우측단에 도달하면 외부회로의 자유전자 한 개가 반도체 안으로 들어가서 정공과 재결합한다.
○ p-형 반도체
3가 불순물로 도핑된 실리콘을 p-형 반도체라 하며, 여기서 p는 양(+)을 의미한다. 정공이 자유전자 보다 많기 때문에 정공이 다수캐리어, 그리고 자유전자가 소수 캐리어로 된다. 전압을 인가하면 자유전자는 좌측으로, 그리고 정공은 우측으로 이동한다.
○ Unbiased Diode
앞에서 설명한 것처럼 실리콘 결정안에 있는 5가 원자들은 각각 자유전자 한 개씩을 생성하기 때문에 n-형 반도체를 아래 그림의 우측과 같이 생각할 수 있다. 원안에 +로 표시한 기호는 5가 원자를 나타내며, -기호는 반도체에 기여하는 자유전자이다. 마찬가지로 p-형 반도체의 3가 원자와 정공을 아래 그림의 좌측과 같이 생각할 수 있다. 원안에 -표시한 기호는 3가 원자이며, +기호는 가전자 궤도의 정공이다. 각 반도체는 +와-수가 같기 때문에 전기적으로 중성이다. 이렇게 한쪽에는 p-형이며 다른 한쪽에는 n-형인 것을 Junction diode라고 한다.
○ 공핍층
n측에 있는 자유전자들은 상호간의 반발작용 때문에 사방으로 확산 하려고 하며, 일부는 접합 너머로 확산한다. 자유전자가 p영역으로 들어가면 소수캐리어가 된다. 이 소수 캐리어는 그 주위의 많은 정공 때문에 수명이 짧아진다. 자유전자가 p영역으로 들어가면 곧바로 정공 속으로 떨어진다. 이와같이 될 때 정공은 소멸하고 자유전자는 가전자로 된다. 전자 한 개가 접합 너머로 확산할 때마다 한 쌍의 이온이 생긴다. 즉 전자가 n측을 떠나면 남아있는 5가 원자는 음전하 한 개가 부족한 양이온으로 되고, 이동한 전자가 p측에서 정공안으로 떨어지면 전자를 포획한 3가 원자는 음이온으로 된다. 접합에 나타난 양이온과 음이온 한쌍을 쌍극자라 하며 쌍극자 한 개가 생성된다는 것은 자유전자와 정공이 각각 한 개씩 떨어져 나간다는 것을 의미한다. 쌍극자가 많아 질수록 접합근처의 영역에는 캐리어가 점점 소멸될 것이며, 이와같은 전하 공백영역을 공핍층(Depletion layer)이라 한다.
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< p - n접합 다이오드>
○ 전위 장벽
각 쌍극자는 양이온과 음이온 사이에 전기장을 형성한다. 그러므로 만일 부가적인 자유전자가 공핍층 안으로 들어온다면 전기장이 이 자유전자를 n영역쪽으로 밀어 넣을 것이다. 전기장의 세기는 평형이 될 때까지 넘어가는 전자와 함께 증가한다. 이때 실리콘 다이오드의 경우는 0.7v의 전위장벽을 가지고 있다.
○ 순방향 바이어스
아래그림은 다이오드에 직류전원을 연결한 것이다. 전원의 음단자를 n-형 반도체에 연결하고 양단자를 p-형 반도체에 연결하였다. 이와같은 연결을 순방향 바이어스(forward bias)라 한다.
+ + + + +

+ + + + +

- - - - -
- - - - -

+
-
p
n
○ 역방향 바이어스
직류전원을 아래의 그림과 같이 반대방항으로 연결하면 다이오드는 역방향으로 바이어스된다. 이와같이 전지의 음단자를 p측에 접속하고, 전지의 양단자를 n측에 접속하는 것을 역방향 바이어스(Reverse bias)라 한다.
+ + + + +

+ + + + +

- - - - -
- - - - -

-
+-
p
n
공핍층의 확대
전지의 음단자가 정공을 끌어당기고 전지의 양단자가 자유전자를 끌어 당기므로 정공과 자유전자들은 접합에서 멀리 이탈하여 공핍층이 점점 넓어진다.
표면누설전류
역방항으로 바이어스된 다이오드에는 결정의 표면을 흐르는 미소전류가 흐르며 이것을 표면 누설 전류라고 하며 이것은 표면의 불순물과 결정구조의 결함

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