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이득 대역폭적트랜지스터 이해하기

트랜지스터 ON 시의 역방향 전류

NPN 트랜지스터의 경우, 베이스 (B)가 플러스, 콜렉터 (C)가 마이너스로 바이어스되어 이미터 (E)에서 C로 역전류가 흐릅니다. 사용 상 문제가 없는지 검토해보겠습니다.

트랜지스터 ON 시의 역방향 전류

1. NPN-Tr의 경우 B를 대칭으로 C, E 모두 N형입니다.

2. 열화 및 파괴의 우려가 없어, 사용상 문제가 없다고 판단할 수 있습니다.
따라서, C, E를 역접속해도 트랜지스터로서 사용 가능합니다. 즉, E → C로 전류가 흐릅니다.

통상 동작 / 역방향 동작

3. 역방향 트랜지스터의 특징은 하기와 같습니다.

  • Low hFE (순방향의 약 10% 이하)
  • 저내압 (약 7∼8V 정도, VEBO와 비슷하게 낮음)
    ↑ 범용 TR의 경우, 5V 이하인 제품도 있습니다.
    (이 내압을 초과하여 브레이크 다운시키면 hFE의 저하 등 특성 열화가 발생하므로 주의가 필요합니다.)
  • VCE(sat) 및 VBE(ON) 특성은 거의 변하지 않습니다.

패키지 파워 허용 손실

정의 : 트랜지스터에 인가된 전압, 전류에 의한 전력 손실로 인해 소자가 발열했을 경우, 그 junction 온도 : Tj가 절대 최대 정격으로 규정된 온도 (Tj=150°C)에 도달했을 때의 전력을 허용 손실이라고 합니다.
계산 방법 : Px의 전력 인가 시 온도 상승을 △Tx라고 하면

계산 방법

Pc, Ta, △Tx, Px는 각각 측정 시의 설정치 또는 측정 결과에서 직접 구할 수 있지만, Tj는 직접 구할 수 없습니다. 따라서, 하기와 같이 VBE를 사용한 측정 방법을 사용합니다.

VBE 측정법 실리콘 트랜지스터의 경우 베이스 - 이미터 전압 : VBE가 온도에 따라 변화합니다.

따라서 VBE를 측정함으로써 junction 온도를 추측할 수 있습니다. 그림 1의 측정 회로에서 트랜지스터에 패키지 파워 : Pc(max)를 인가합니다. (예를 들어, 1W의 트랜지스터의 경우, VCB=10V, IE=100mA의 조건으로 인가합니다.)

그림 1 열 저항 측정 회로
그림 1. 열 저항 측정 회로

그림 2와 같이

  • VBE의 이니셜 값으로서 VBE1을 측정합니다.
  • 트랜지스터에 전력을 인가하여 junction을 열 포화 시킵니다.
  • VBE의 에프터 값 : VBE2를 측정합니다.

이 결과에서 △VBE=VBE2-VBE1을 구합니다.

이때, 실리콘 트랜지스터는 온도에 따라 일정한 온도 계수를 지니며, 약 -2mV/°C (IM=1mA)입니다. 따라서, 인가전력에서 △VBE를 구함으로써 하기의 식을 통해 junction 온도의 상승을 구할 수 있습니다.

그림 2

fT : 이득 대역폭적, 차단 주파수

fT : 이득 대역폭적이란 트랜지스터가 동작할 수 있는 주파수의 한계입니다.
한계란 베이스 전류에 대한 콜렉터 전류의 비율이 1 (즉 hFE=1)이 될 때입니다.

주파수 특성

베이스 입력 주파수 (동작 주파수)를 높이면, hFE는 낮아집니다. hFE가 1이 될 때의 주파수를 fT : (이득 대역폭적)이라고 합니다. fT란, 해당 주파수에서 동작 가능한 한계치를 말합니다. 단, 실제 사용 시 동작 가능한 것은 fT 값의 1/5~1/10 정도입니다.

측정 조건은 하기와 같습니다.
f : 측정 장치에 따라 결정되며, 측정을 위한 기준 주파수입니다.
VCE : 임의로 설정합니다. 로옴에서는 일반적인 값으로 설정하고 있습니다.
IC : 임의로 설정합니다. 로옴에서는 일반적인 값으로 설정하고 있습니다.

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