BJT 동작원리: 작은 손잡이가 큰 흐름을 쥔다
베이스 전류를 올려 컬렉터 흐름을 키워라
왼쪽 에미터가 캐리어를 베이스로 쏟아붓는다. 베이스가 얇아 거의 다 오른쪽 컬렉터로 휩쓸려 가고, 아주 일부만 베이스 단자로 빠진다. 베이스 전류를 올리면 컬렉터 흐름이 그 몇 배로 굵어진다.
얇은 베이스를 낀 두 접합
BJT는 pn 접합 둘을 등지게 붙여 만든다. 가운데 얇은 베이스를 두고, 한쪽은 짙게 도핑한 에미터, 다른 쪽은 컬렉터다. 동작할 때 에미터 쪽 접합은 순방향, 컬렉터 쪽 접합은 역방향으로 바이어스한다. 다이오드 둘을 단순히 이어 붙인 것과 다른 점은 바로 베이스가 아주 얇다는 데 있다.
얇은 베이스가 비밀이다
순방향 에미터 접합은 캐리어를 베이스로 엄청나게 쏟아붓는다. 베이스가 얇고 옅게 도핑돼 있어 그 캐리어들이 베이스를 가로지르는 동안 거의 재결합하지 못한다. 그러면 역방향 컬렉터 접합의 강한 전기장이 그들을 거의 모두 컬렉터로 쓸어 담는다. 베이스에서 재결합해 베이스 단자로 빠지는 것은 백에 하나 꼴이고, 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 올리면 컬렉터 전류가 β배만큼 따라 오른다. 작은 베이스 전류라는 손잡이로 큰 컬렉터 흐름을 쥐는 것, 이 전류 제어가 다음 유닛들에서 만들 증폭의 바탕이다.
첫 화면으로 돌아가서
베이스 전류를 올릴 때마다 컬렉터 흐름이 그 몇 배로 굵어졌다. 굵기를 정한 것은 얇은 베이스였다. 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 β다. 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 적당한 베이스·컬렉터 전류가 흐르는 한 점에 자리 잡혀 두어야 한다. 다음 유닛에서는 저항으로 그 동작점을 잡는 DC 바이어스를 본다. 신호를 키우기 전에, 키울 자리를 먼저 만드는 일이다.