트랜지스터 데이터 시트의 이해(1)

트랜지스터 데이터 시트와 규격에 대한 이해 -

출처 : Paul Harden, NA5N
The Handyman's Guide to - UNDESTANDING TRANSISTOR DATA SHEET & SPECIFICATIONS

제 번역이 다소 정확하지 않을 수 있으며, 그로 인한 피드백은 받지 않습니다.

링크시 출처 명시, 및 내용의 임의 발췌를 불허 합니다.

비선형 소자인 TR 의 정확한 작동을 이해 하는 것은결코 쉽지 않은 일 입니다.

특히 RF 영역에서작동중인 TR을 완벽히 이해하는 것은 밥먹고 그짓만 해도 어려운 일 입니다.

용어 혹은 내용의 이해가 어려우시면 좀 더 전문적인 서적또는 좀 더 쉬운 서적을 참고하세요.

이 자료는 초보자용 대상이아닙니다.

개요

호비스트(취미로 즐기는 사람)와 QRPers(QRP 운용자)에 의하여 사용되는 일반적인 접합 트랜지스터(BJT)는 2N2222, N3904 및 2N4401이다. 이 NPN 트랜지스터들은 비슷한 특성을 가지고 있고, HF 주파수에서 잘 작동한다.

이 자습서는 어떻게 이 트랜지스터들의 데이터시트를 "읽고" 규격을 이해하는지에 대해 설명한다.
이것은 당신이 비슷한 다른 부품들의 데이터 시트 또한 이해하는 것을 가능하게 할 것이다.

역주:

보통 1N,2N,3N 식으로 나가는건 미국(숫자는 단자 갯수임) 1S,2S,3S 등으로 나가는건 일본 규격으로 생각하시면 되겠습니다. 예를들면 일본 TR 은 2SA,B,C,D 등으로, FET 는 2SK 등으로 나갑니다. 예를들면 2SC945, 2SC1815, 2SK30, 2SK19 등등..
미국은 1N4148(소신호 다이오드), 2N2222(일반용 NPN), 2N7000(MOS-FET) 식으로 되어 있습니다..

따라서 일본에서 입수한 회로들은 대부분 2S 로 시작되는 TR 을 쓰고, 미국에서 입수한 회로들은 2N 으로 시작되는 TR을 씁니다. 하지만 특별한 경우(RF 등에서 임피던스 매칭이 중요한 경우 등)을 제외하고는 규격(전압,전류,주파수 등)만 맞으면 다 호환 됩니다.

제조사의 데이터 시트는 일반적으로 분류된 정보를 포함하고 있다 :

1.Maximum (Breakdown) Ratings (최대 정격)
2."On" Characteristics (동작 특성)
3.Small Signal Characteristics(소신호 특성)
4.Switching Characteristics(스위칭 특성)

역주 :

트랜지스터는 가장 대표적으로 이미터 접지(또는 이미터 공통(common)) 회로로 쓰입니다만,
그 외에도 컬렉터 접지(이미터 플로워), 베이스 접지의 세가지사용 방법이 있습니다.
그러나 가장 일반적인 회로가 이미터 접지 이므로, 모든 규격은 이미터 접지일 때 측정값으로 표시 합니다.
각 파라미터 뒤에 붙는 영문 'E' 혹은 'e' 는 이미터 접지일 때 측정된 파라미터라는 것을 뜻 합니다.
직류(DC) 규격은 보통 대문자로 표기하고, 신호(AC 시그널)에 관련된 규격은 소문자로 표시하는게 범례 입니다.
예를들면 HFE 는 직류전류증폭률, hfe 는 교류(소신호)전류증폭률 입니다.
엄밀히 말해서, 트랜지스터는 바이어스를 걸지 않으면 교류 신호를 증폭하는 것이 불가능 합니다.
hfe 같은 소신호 파라미터는 이미터 접지 회로에서 DC 바이어스가 걸린 상태에서 측정된 것이며
따라서 테스트 회로의 바이어스 조건(주로 컬렉터 전류)이 함께 제공 됩니다.

1. Maximum (Breakdown) Ratings(최대정격)

최대정격은 부품이 과도한 열이나 전압, 전류 공급 등으로 손상되지 않도록 하기위해 제공된다.
표 1 에 2N2222, 2N3904, 2N4401 의 최대 정격을 보인다.

부품의 손상을 방지하기 위하여 이 목록상의 전압, 전류, 허용전력을 초과하면 안된다.

VCEO 는 최대 컬렉터-이미터간 전압이고, VCBO 는 최대 컬렉터-베이스 간 전압이다.
다행스럽게도, 이 파손 전압은 12V를 사용하는 대부분의 QRP 응용회로 보다 높다.

그러나 최대 이미터-베이스간 전압인 VEBO 의 경우에는 보통 5-6V 이다.
만약 초과한다면, 이것은 베이스 접합의 물리적인 파손의 원인이 되고, 트랜지스터는 파괴된다.

회로 안에 바이어스(bias) 회로는 베이스 이미터간 전압(VBE)을 설정하고, VBE는 안전하게 VEBO 보다 아래 있어야 한다.
하지만, 큰 신호를 다루는 응용회로에서는,신호의 최대 전압과 DC베이스 바이어스를 VBE 에 반드시 포함해야 한다.

Collector Current, Ic(MAX)(최대 컬렉터 전류) 는 또 다른 최대 정격이다.
컬렉터 전류가 Ic(max)를 초과하면 트랜지스터는 손상 된다.
초과된 전류가 부품을 흐르면 열폭주가 시작되고 컬렉터-이미터 접합이 파괴된다.
이 방식에 의한 트랜지스터 파괴를 기술적으로는 "재해로 인한 기판(역주:substrate-흔히말하는 웨이퍼-)고장" 이라고 부른다.

대부분의 QRP 회로는 보통 Ic(max) 보다 충분히 아래에 바이어스 시킨다.
VBE(max) 와 Ic(max) 는 일반적으로 RF 드라이버, 파워앰프, 발진회로(일부) 등의 대신호 응용회로에서 중요하다.

역주:

VCEO규격은, V 는 전압, CE 는 해당 단자, 즉 해당 단자 간에 걸리는 전압을 뜻합니다.
VEBO 같은 규격은, 이미터에서 베이스로 걸리는 전압을 말합니다. 조금 이해가 안 될 수도 있는데, 간혹 베이스가 이미터 보다도 더 낮은 전위(특히 AC 입력일 때)로 될 때가 있기 때문에 사실상 베이스에 걸리는역전압이라고 보는게 이해가 쉽습니다.

최대 정격을 벗어나면 소자가 파손 됩니다.
소전력에서는 안전을 위해 이 규격의 50% 이하로, 대전력 설계에서는 70~80% 이내로 설계하는게 보통 입니다.
만약 설계시 최대 규격에 100% 에 맞춘다면, 단1% 만 초과해도 소자가 파괴되겠지요.
또한 릴레이, 모터, 트랜스 등 "코일" 같은 인덕턴스 성분의 소자를 부하로 구동할 때는, On/Off 시에 코일의 역기전력으로 인한 과전압(서지)이 발생합니다. 즉 VCE 가 전원전압보다 상당히 높아야 파손을 막을 수가 있는데, 이러면 불필요한 비용 상승이 있기에, 여러가지 이유(안정성을 포함한) 등으로 보조회로를 부가해서 사용합니다.
(TVS, 제너다이오드, 일반다이오드, 스너버 회로(snubber, 보통 컨덴서+저항) 등등)