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전기전자 · 반도체 소자

트랜지스터의 스위칭 동작

NPN 트랜지스터는 작은 베이스 구동으로 부하 전류를 제어할 수 있습니다. 증폭 영역의 전류식은 포화까지 그대로 이어지지 않습니다.

관련 실험: 트랜지스터 스위치 →
트랜지스터 스위치
트랜지스터 스위치 실험 장면 →

개념과 작동 원리

베이스 전류가 거의 없으면 부하 전류가 차단되는 근사를 쓸 수 있습니다. 구동을 늘리면 컬렉터 전류가 커지다가 외부 회로가 정한 한계에 접근합니다.

활성 영역에서는 Ic≈βIb이지만 포화에 들어가면 부하 저항과 전원이 전류를 제한합니다. 베이스 전류를 더 늘려도 같은 비율로 출력이 늘지는 않습니다.

관계식과 성립 조건

실험은 Ib=max(0,(Vin−0.7)/Rb)와 부하 전류 한계를 비교합니다. 각 수치는 정해진 소자의 단순 근사이지 모든 트랜지스터의 정확한 경계값이 아닙니다.

실제 β는 전류와 소자에 따라 변하고 스위칭에는 저장 시간과 기생 용량도 작용합니다. 이상적인 논리 스위치와 실제 동작 영역을 구분합니다.

가상 실험에서 읽을 변화

Ic = βIb는 활성 영역에서만 성립하고 포화에서는 부하가 전류를 제한해요.

온도·누설·트랜지스터 동특성과 실제 LED 전압 강하는 생략해요. 실제 전원·콘센트·고전압으로 따라 하지 말고 화면에서 실험해요.

핵심 관계와 기호

Ib = max(0,(Vin−0.7)/Rb) · Ic = min(βIb,(Vcc−0.2)/Rc)

공식에 쓰인 기호와 단위
기호뜻단위
Ib, Ic베이스·컬렉터 전류A
β활성 영역의 전류 이득 근사단위 없음
Rb베이스 직렬 저항Ω

예시로 확인하기

같은 회로가 포화되었을 때 컬렉터·이미터 전압은?

0.2 V

자주 헷갈리는 점

  • Ic=βIb를 포화 상태까지 제한 없이 적용하면 부하 전류를 잘못 예측합니다.

이 개념을 실험으로 확인하기

참고 자료

OpenStax · University Physics Volume 2 (영어)