9V 전압에서 테스트하는 C1815 트랜지스터
책에 있는 Transistor 실습이,
짜릿짜릿 전자회로 DIY (2판) 뜯고 태우고 맛보고, 몸으로 배우는
; http://www.yes24.com/24/goods/33342224
NPN형 트랜지스터 중 2N2222 모델을 기준으로 설명하는데요, 마침 제가 가지고 있는 트랜지스터가 C1815 (Y 022) 모델 밖에 없어서 이걸로 해봤습니다. 그런데, 분명히 책에 나온 데로 연결을 했지만 베이스 노드에 별다른 전류를 주지 않았는데도 LED에 불이 환하게 켜지는 것입니다. ^^;
이상하다 싶어, datasheet(첨부 파일)를 찾아보니 다음과 같이 2N2222 모델과는 다른 노드 배치를 가지고 있습니다.
그렇습니다. ^^ 이 분야는 초보여서 모든 트랜지스터가 E-B-C 순으로 되어 있다고 생각한 것입니다. 그리하여 회로를 다음과 같이 연결해야 합니다.
전압 측정을 해볼 텐데요, 혹시 아래와 같이 Base 노드의 전선을 빼버린 경우의 회로에서 각 부품 간의 전압 측정이 의미가 있을까요?
없습니다. 왜냐하면, 사실상 Collector와 Emitter 사이는 단선된 것과 마찬가지이기 때문입니다. 이 사실을 모르고 다음과 같은 식으로 멀티미터의 [+] 탐침을 언제나 Collector 측의 입력 라인에 고정해 두고, [-] 탐침만 Emitter, LED(-), 저항의 GND 쪽 선에 물리는 식으로 측정하게 되면,
왠지 전압이 측정된 것처럼 다음과 같은 결과를 얻게 됩니다.
+/- 전체: 9.22V
Collector - Emitter(-): 7.32V
Collector - LED(-): 9.13V
Collector - 100K 저항: 9.22V
따라서, LED는 9.13V - 7.32V = 1.81V
100K 저항은 9.22V - 9.13V = 0.09V
이것은, 멀티미터가 + 전원과 - 측을 단선된 곳을 넘어 이었기 때문에 발생하는 현상입니다. 제가 가진 멀티미터의 경우 전압 측정 모드 시 10MΩ의 저항을 달고 있는 역할을 하면서 전압 측정을 합니다. 따라서 Collector와 Emitter 사이가 단선되었기 때문에 이런 경우에는 멀티미터가 직렬로 연결된 효과를 갖게 됩니다. 그에 기반을 둬서 100K 저항이 갖는 0.09V를 다음과 같이 계산하면 이해할 수 있습니다.
LED + 10,000KΩ
100KΩ
x : 0.09V = 10,000 : 100
900 = 100 * x;
x = 9V
즉, LED를 포함해 10MΩ 저항에 9V가 걸렸고 100KΩ 저항에는 0.09V가 걸린 것뿐입니다. 이처럼 단선 효과를 갖는 회로의 전압을 잘못 측정하는 것을 방지하기 위해 전압이 부과되는 [+] 극을 기준으로 하지 말고 차라리 GND에 [-] 탐침을 고정시키고 다른 부품의 전압을 검사하는 식으로 하는 것이 좋습니다. 다음과 같이.
이번에는 원래대로 Base 노드에 전선을 연결하고 스위치를 눌러 LED를 켰을 때의 전압을 다음과 같이 GND에 [-] 탐침을 고정하고 측정해 보겠습니다.
+/- 전체 회로 미동작: 8.69V
+/- 전체 회로 동작: 8.69V
GND - Base: 8.69V
GND - Collector: 8.69V
GND - Emitter: 8.13V
GND - LED(+)
GND - 100K 저항: 6.0V
따라서, LED는 8.13 - 6.00V = 2.13V
Base - Emitter 구간은 8.69V - 8.13V = 0.56V
물론 각 부품의 양쪽에 탐침을 대도 동일하게 전압이 측정됩니다.
LED : 2.126V
100K: 6.0v
Base - Collector: 0V
Base - Emitter: 0.556V
NPN 트랜지스터의 특징으로, 베이스에 걸려 있는 전압이 이미터보다 0.7V 정도 높아야 동작한다고 합니다. 하지만 위의 계산에서는 0.56V의 차이가 나온 걸로 측정됩니다. 전압을 달리 넣어 테스트하기 위해 이번에는 다음과 같이 10K 가변 저항을 달고,
전압 분배를 해 측정하면 다음과 같습니다.
[가변 저항을 최소로 설정]
GND - Base: 8.69V
GND - Collector: 8.69V
GND - Emitter: 8.13V
차이: 0.56V
[가변 저항을 중간 정도로 설정]
GND - Base: 4.46V
GND - Collector: 8.68V
GND - Emitter: 3.934V
차이: 0.526V
[가변 저항을 LED 빛이 희미하게 나올 무렵으로 설정]
GND - Base: 3.372V
GND - Collector: 8.68V
GND - Emitter: 2.870V
차이: 0.502V
Emitter에 출력된 2.870V를 이후의 LED와 100K 저항에서 나눠갖게 되는데 이때 다음과 같이 전압이 분배되고,
LED: 2.0008V
100K: 0.857V
따라서 LED의 동작 전압인 2.2 ~ 2.4V에 미치지 못하므로 빛이 줄어듦
결국 이미터 측의 전압은 베이스보다 언제나 낮기 때문에 C1815 트랜지스터가 베이스의 입력 전압에 대해 이미터 측의 출력 전압으로 상승시키는 것은 아닙니다. 그보다는, 베이스에 인가된 전압을 소량(약 0.5V) 소모해 이미터 측으로 나가는 걸로 이해해도 될 것 같습니다. 그렇다면 0.5V보다 낮은 전압이 베이스에 들어오면 이미터에는 0V의 단선과 같은 효과를 갖게 되는 거군요!
그나저나, 트랜지스터는 전압 측면에서 봤을 때 컬렉터에 걸린 것은 아무런 영향이 없습니다. 오직 베이스 측에 걸린 전압에 따라 이미터로 출력되는 전압이 소량 깎여서 결정됩니다.
반면, 전류를 측정해 보면 재미있습니다. 100K 저항에서 GND 구간까지의 사이를 직렬로 계측기를 연결해 전류를 측정하니 0.04mA가 나왔습니다. 그런데 제 계측기의 Resolution 값이 0.1mA이기 때문에 0.04mA라고 출력은 되었지만 그다지 신뢰할 수 없습니다.
전류량을 좀 더 늘리기 위해 100K 저항을 1K(측정: 981)로 바꾸고 전압 측정을 다시 했습니다.
+/- 전체 회로 미동작: 8.65V
+/- 전체 회로 동작: 8.60V
GND - Base: 8.60V
GND - Collector: 8.60V
GND - Emitter: 7.93V
GND - LED(+)
GND - 1K 저항: 5.22V
따라서, LED는 7.93V - 5.22V = 2.71V
Base - Emitter 구간은 8.60V - 7.93V = 0.67V
그리고 1K 저항 - GND 구간의 전류 측정은 5.29mA였습니다. 2N2222 트랜지스터를 다룬 책의 내용에서는 베이스에 들어가는 전류를 200:1 이상 증폭시킨다고 합니다. 따라서 출력 전류가 5.29mA였으니 5.29 / 200 = 0.02645mA가 베이스의 입력 전류로 들어갔을 걸로 계산이 됩니다. 이 역시 제 계측기의 정밀도 0.1mA보다 작으므로 높은 신뢰를 할 수 없지만 그래도 검사를 해보니 0.01mA가 나왔습니다.
(
첨부 파일은 이 글의 그림에 사용된 fzz 원본입니다.)
회로에 연결되지 않은 트랜지스터가 있을 때 E, C, B를 찾는 방법이 있다고 합니다.
[회로분석] 멀티미터의 저항모드 & 트랜지스터
; http://sanjolee.com/220570175490
C1815의 경우, 계측기의 검은색 탐침을 각각 E, C, B에 고정시키고 빨간색 탐침을 옮겼을 때 다음과 같은 저항 수치를 보였습니다.
[-] 탐침 B
[+] 탐침 E - 34.7MΩ
[+] 탐침 C - 30.5MΩ
[-] 탐침 C
[+] 탐침 B - (측정 불가)
[+] 탐침 E - (측정 불가)
[-] 탐침 E
[+] 탐침 C - (측정 불가)
[+] 탐침 B - (측정 불가)
"
[회로분석] 멀티미터의 저항모드 & 트랜지스터" 글에 보면 Base의 경우 Collector와 양방향 통전된다고 했는데 일단 제 테스트에서는 안 되는군요. ^^;
참고로, "C1815" 쪽 모델이 대체로 다리 구성이 ECB인 듯합니다. 다음의 제품도 가지고 있는데,
2SC1815 - TRANS NPN 50V 0.15A 복사
; https://www.eleparts.co.kr/goods/view?no=6002551
제조업체: Central Semiconductor Corp
포장: 벌크
부품 현황: 유효
트랜지스터 유형: NPN
전류 - 콜렉터(Ic)(최대): 150mA
전압 - 콜렉터 방출기 항복(최대): 50V
Vce 포화(최대) @ Ib, Ic: 250mV @ 10mA, 100mA
전류 - 콜렉터 차단(최대): 100nA(ICBO)
DC 전류 이득(hFE)(최소) @ Ic, Vce: 70 @ 2mA, 6V
전력 - 최대: 400mW
주파수 - 트랜지션: 80MHz
(첨부 파일에 datasheet - 2sc1815-1149989.pdf가 있습니다.)
동일하게 ECB 구성입니다.
다이오드 Anode(A, +), Cathode(K, -), ("Di" 두개 + "ode" 극), 제품 외관의 밴드가 있는 곳이 Cathode
순방향 바이어스: P형에 +, N형에 - 전압 인가
정전압 다이오드(제너 다이오드)
발광 다이오드
쇼트키 다이오드 - 고속 스위칭 기능, 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 회로에서 사용
* 정류 다이오드 (Rectifier Diode) - 전원 공급 장치의 정류회로(교류를 직류로 변환)에 사용, 순방향 전류(IF)가 1A 미만이면 소신호 다이오드, 1A 이상의 것을 정류 다이오드
일반 정류
고속 정류
패스트 리커버리(Fast Recovery)
* 스위칭 다이오드(Switching Diode) - 회로의 ON/OFF 스위칭에 주로 사용, 쇼트키 다이오드, 밴드 스위칭 다이오드를 포함하지만 소신호용 스위칭 다이오드로 인식, 검파와 변조, 스위칭, 혼합 등에 사용
* 제너 다이오드(Zener Diode) - 역방향으로 일정 전압 이상일 때 급격한 전류를 흘리지만 일정한 정전압을 유지, 보통 정전압 다이오드라고 함
BZX55 시리즈의 제너 다이오드 - 정격전력 0.5W, 2.4V/2.7V/3.0V,...,47V 종류의 제너 전압
BZX85 시리즈의 제너 다이오드 - 정격전력 1.3W, 3.3V/3.6V/3.9V,...,62V 종류의 제너 전압
* 쇼트키 다이오드(Schottky Diode) - 쇼트키 배리어 다이오드의 줄임말, 고주파용 일반 정류용
- 고주파용: UHF대, 마이크로파 대의 검파와 믹서용 고속 스위칭에 사용
- 일반 정류용: 일반 정류 다이오드에 비해 순방향 전압 작고 역방향 내압을 크게 할 수 없음
* 핀 다이오드(PIN Diode) - 순방향 전류에 의한 고주파 가변 저항 제어, P(ositive)-I(ntrinsic)-N(egative) 구조, 광범위한 모바일 통신, RF 애플리케이션, AM/FM Tuner, TV/VCR Tuner 등에 적합
* 가변 용량 다이오드(Variable Capacitance Diode) - 배리캡(Varicap) 또는 바렉터(Varactor) 다이오드, 역방향 바이어스에서 동작하고, 다이오드이지만 커패시터로 동작, 디지털 동조 회로, 주파수 변조 회로 등 튜닝 분야에서 반드시 필요
형명 (EIAJ 형명, JEDEC 형명, 유럽에서 사용하는 명칭)
* EIAJ - 1S로 시작
1SE xxx(터널 다이오드), 1SG xxx(건 다이오드), 1SS xxx(일반 다이오드, 검파용, 스위칭용, 펄스 발생용, 스냅오프 다이오드)
1SV xxx(가변용량 다이오드, PIN 다이오드, 스냅오프 다이오드), 1SR xxx(정류 다이오드), 1SZ xxx(정전압 다이오드)
* JEDEC - 1N으로 시작
* 유럽형 형명 - 0Axx, BOXxxx 등
트랜지스터(Trans-Resistor: Resistor 값을 변화, 전류의 값을 조절) - 증폭 작용 및 스위칭 역할, 개폐를 자유롭게 할 수 있는 자동 스위치, 최초 발명된 것은 바이폴라 트랜지스터
- 접합형 트랜지스터(BJT, Bipolar Junction Transistors), 전계효과형 트랜지스터(FET, Field Effect Transistors)
- NPN형(이미터로 나가는 화살표)과 PNP형(이미터로부터 들어오는 화살표)은 전류 방향이 반대일 뿐, 동작 원리는 같음
작용
증폭 - 라디오나 TV와 같은 전자회로 내에서 전파나 음성 신호 같은 아날로그 신호 증폭
스위칭 - 디지털 회로에서 0과 1의 디지털 신호 변환
종류
* 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT, Bipolar Junction Transistors) - NPN, PNP
- 트랜지스터를 구성하는 반도체를 흐르는 전류가 정공(+)과 전자(-)에 의해 양극성으로 구성
- Base와 Emitter의 전류에 의해 Emitter의 전자가 Base로 이동
- 상대적으로 높은 전압이 걸린 Collector로 많은 전자 이동, 결국 Collector에서 Emitter로 전류 흐름, Base 전류로 Collector 전류를 제어
* 전계효과형 트랜지스터(FET, Field Effect Transistors) - P채널, N채널
- 게이트 전국에 가하는 전계에 의해 동작, 게이트에 가해지는 전압의 크기로 드레인(D)-소스(S) 사이에 흐르는 전류 제어
- BJT에 비해 집적도가 크고 전력 소모는 작음, 제조 간편, 반도체 소자 제조에 많이 쓰임
- 접합형 FET - 아날로그 회로에 사용, MOS형 FET - 디지털 IC에 사용
형명
* JIS 형명 및 EIAJ 형명, JIS C 7012에 정해져 있고 EIAJ에서 등록과 심사
2SA1815B
2SB539B - 저주파용 또는 저속도 스위칭용인 PNP형 트랜지스터
- 개량형이므로 기존의 2SB539나 2SB539A보다 특성이 우수해서 그것들을 대체하는 것은 가능하지만 역으로는 주의해야 함
제 1항(정류성 접합의 수)
유효 전극 수에서 1을 뺀 숫자
0: 포토 다이오드, 1: 다이오드, 2: 3극 트랜지스터, 3: 4극 트랜지스터
제 2항 반도체(Semiconductor)의 약자, S
제 3항 용도
A: PNP 고주파 트랜지스터
B: PNP 저주파 트랜지스터
C: NPN 고주파 트랜지스터
D: NPN 저주파 트랜지스터
F: P 게이트 3극 역저지 사이리스터(SCR)
G: N 게이트 3극 역저지 사이리스터(SCR)
H: 유닛 접합 트랜지스터(UJT)
J: P 채널 전기장 효과 트랜지스터(FET)
K: N 채널 전기장 효과 트랜지스터(FET)
M: 3극 양 방향성 사이리스터
P: 발광 소자
제 4항 등록순의 번호
- 등록 번호로서 11부터 시작되는 2행 이상의 숫자
- 현재 두 자리 수는 거의 보수품종 또는 폐품종
제 5항 개량의 표시
- 끝의 문자는 최초 품종에는 붙이지 않고, 개량한 순서대로 A, B, ..., K(I 제외)의 순
* JEDEC 형명 (JIS와는 달리 극성과 용도에 따른 구분은 없음)
제 1항, 2 - 3극 트랜지스터, 3 - 4극 트랜지스터
제 2항, N 고정
제 3항, 11부터 시작하는 등록 순 번호
제 4항, 개량품종을 가리키는 알파벳
[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]