BJT 동작원리: 작은 손잡이가 큰 흐름을 쥔다
베이스 전류로 컬렉터 흐름을 키운다
그림은 트랜지스터 단면으로 왼쪽부터 에미터, 가운데의 얇은 베이스, 오른쪽 컬렉터다. 에미터가 쏟아붓는 금색 캐리어는 베이스가 얇은 탓에 거의 다 컬렉터로 휩쓸려 가고, 아주 일부만 아래쪽 베이스 단자로 빠진다. 베이스 전류를 올리면 컬렉터로 가는 다발이 그 몇 배로 굵어져요.
얇은 베이스를 낀 두 접합
BJT는 pn 접합 둘을 등지게 붙여 만든다. 가운데에 얇은 베이스를 두고 한쪽은 짙게 도핑한 에미터, 다른 쪽은 컬렉터다. 동작할 때는 에미터 쪽 접합을 순방향으로, 컬렉터 쪽 접합을 역방향으로 바이어스하는데, 다이오드 둘을 그냥 이어 붙인 것과 다른 점은 베이스가 아주 얇다는 데 있어요.
얇은 베이스가 비밀이다
순방향인 에미터 접합은 캐리어를 베이스로 엄청나게 쏟아붓는다. 베이스는 얇고 옅게 도핑되어 있어 캐리어들이 베이스를 가로지르는 동안 거의 재결합하지 못하고, 역방향인 컬렉터 접합의 강한 전기장이 그것들을 거의 모두 컬렉터로 쓸어 담는다. 베이스에서 재결합해 베이스 단자로 빠지는 것은 백에 하나 꼴인데, 그 작은 몫이 바로 베이스 전류다.
전류 제어, 작은 손잡이로 큰 흐름
재결합 비율이 일정하므로 컬렉터 전류는 늘 베이스 전류의 같은 배수다. 그 배수가 전류 이득 β이고 흔히 백 안팎이다. 베이스 전류를 조금만 올려도 컬렉터 전류가 β배만큼 따라 오른다. 작은 베이스 전류라는 손잡이로 큰 컬렉터 흐름을 쥐는 이 전류 제어가 다음 유닛들에서 만들 증폭의 바탕이에요. 다만 β는 같은 형번의 트랜지스터끼리도 크게 달라서, 실제 회로는 β 값에 기대지 않도록 설계한다.
첫 화면으로 돌아가서
베이스 전류를 올릴 때마다 컬렉터로 가는 금색 다발이 그 몇 배로 굵어졌다. 그 굵기를 정한 것은 얇은 베이스였는데, 에미터가 쏟아부은 캐리어가 얇은 베이스를 재결합 없이 가로질러 거의 다 컬렉터로 휩쓸려 갔기 때문이다. 베이스로 빠지는 한 줌이 베이스 전류이고 컬렉터로 가는 다발이 컬렉터 전류이며, 둘의 비가 곧 β예요. 작은 손잡이로 큰 흐름을 쥐는 이 전류 제어가 트랜지스터의 본질이다.
이어지는 흐름
전류 이득을 손에 쥐었다. 그러나 이 이득을 쓰려면 트랜지스터를 미리 켜진 상태, 곧 알맞은 베이스 전류와 컬렉터 전류가 흐르는 한 점에 자리 잡아 두어야 한다. 다음 유닛에서는 저항으로 그 동작점을 잡는 DC 바이어스를 본다. 신호를 키우기 전에 키울 자리부터 마련하는 일이에요.