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사물인터넷: 24. 9V 전압에서 테스트하는 C1815 트랜지스터 [링크 복사], [링크+제목 복사]
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정성태 (techsharer at outlook.com)
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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.

c1815_transistor_1.png

그렇습니다. ^^ 이 분야는 초보여서 모든 트랜지스터가 E-B-C 순으로 되어 있다고 생각한 것입니다. 그리하여 회로를 다음과 같이 연결해야 합니다.

c1815_transistor_2.png

전압 측정을 해볼 텐데요, 혹시 아래와 같이 Base 노드의 전선을 빼버린 경우의 회로에서 각 부품 간의 전압 측정이 의미가 있을까요?

c1815_transistor_3.png

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,

c1815_transistor_4.png

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.

c1815_transistor_5.png




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,

c1815_transistor_6.png

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.


[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 9/4/2018 ]

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