소자 (#7–11)

BJT — 바이폴라 트랜지스터

전류 제어hFE2N3904wiki/embedded-bjt

한 줄 요약

BJT는 작은 베이스 전류로 큰 컬렉터 전류를 제어하는 전류 제어 능동소자로, 쓰임은 전류 증폭과 온오프 스위칭 둘입니다. 내부 접합에 따라 NPN/PNP로 갈리고 베이스-에미터 문턱(~0.7V)을 넘겨야 켜집니다. 동작 영역은 차단(OFF)·선형(증폭, IC=IB·hFE)·포화(스위칭, VCE(sat)≈0.2V) 셋 — 스위칭이 '포화'에서 일어난다는 점이 MOSFET(스위칭=선형/ohmic)과 명명이 정반대인 핵심 함정입니다. 설계는 hFE로 베이스 전류를 역산해, 2N3904로 IC=50mA 스위치를 만들 때 데이터시트 VCE(sat)·VBE(sat)로 RL·RB를 계산합니다.

BJT란 — 전류로 전류를 제어

NPN 기준, 작은 베이스 전류(IB)를 흘리면 컬렉터→에미터로 hFE배 큰 전류(IC)가 흐릅니다. 도통 조건은 베이스-에미터 전압이 ~0.7V 문턱을 넘는 것 — PN 접합 문턱 그대로입니다(PNP는 전압 방향 반대).
쓰임은 둘 — 작은 신호를 키우는 전류 증폭, 그리고 켰다 끄는 온오프 스위칭.

베이스 전류 IBVBE > 0.7V

📶hFE배 증폭

컬렉터 전류 ICIC = IB·hFE

증폭 / 스위칭

작은 IB → hFE배 증폭 → 큰 IC

동작 영역 3개 — 스위칭은 포화에서

차단(IB≈0 → IC≈0, OFF) · 선형/활성(IC=IB·hFE, 증폭) · 포화(VCE(sat)≈0.2V, 완전 ON 스위치) 셋으로 나뉩니다.
함정: 완전히 켠 스위치 영역이 BJT는 '포화', MOSFET은 '선형(ohmic)'으로 명명이 정반대입니다. BJT 포화 = ON, MOSFET 포화 = 손실 큰 통과 구간.

영역	조건	동작 / 용도
차단	IB ≈ 0	IC≈0, OFF (open)
선형(활성)	IB 흐름	IC=IB·hFE — 증폭
포화	IB 충분히 큼	VCE(sat)≈0.2V, 완전 ON — 스위칭

세 영역 — 증폭은 선형, 스위칭은 포화

hFE 증폭 + 2N3904 스위칭 설계

선형에서 IC = IB×hFE. hFE는 데이터시트값이며, 포화에선 선형값보다 절반 이상 줄어드는 경향이라 스위칭 설계 땐 보수적으로(예: ~10) 잡습니다.
2N3904로 IC=50mA 스위치 (VCC=12V, VIN=5V): 데이터시트 Max Ratings(VCEO 80V·IC 0.2A) 확인 후, RL은 컬렉터 전류를·RB는 베이스 전류를 정한다.

R_{L} = \frac{V _{C C} - V _{C E (s a t)}}{I _{C}}, R_{B} = \frac{V _{I N} - V _{B E (s a t)}}{I _{B}}

$I_{B}$: = IC/hFE = 50mA/10 = 5mA
$V_{C E (s a t)}$: 0.3V (데이터시트)
$V_{B E (s a t)}$: 0.95V (데이터시트)

RL=(12−0.3)/50mA≈234Ω→245Ω · RB=(5−0.95)/5mA=810Ω→820Ω

주의점 · 함정

가장 큰 함정 — 완전히 켠 스위치 영역이 BJT는 '포화', MOSFET은 '선형(ohmic)'으로 명명이 반대다. 둘을 같이 배우면 반드시 헷갈리니 'ON 스위치 영역 이름이 반대'임을 못박아 둘 것. 인버터 주 스위치는 게이트 전류 ≈0으로 구동이 쉽고 손실이 작은 MOSFET이 맡고, BJT는 그 전류 제어 원형·소신호 증폭에서 쓰인다. (강의도 RL을 계산 234Ω 대신 표준 245Ω로 맞췄음.)