Bipolar Junction Transistor, 양극성 접합 트랜지스터

양극성 접합 트랜지스터(BJT)는 두 개의 PN 접합을 기반으로 작동하는 대표적인 개별 반도체 소자입니다. NPN 및 PNP 두 가지 유형의 구성이 있으며, 캐리어(전자)의 이동도가 더 높아 고속 동작에 유리한 NPN 트랜지스터가 오디오 및 일반 전자 회로에서 더 널리 선호됩니다.

BJT는 물리적으로 Current Controlled Device(전류 제어 장치)입니다. 입력단인 베이스(Base)로 미세한 물리적 마중물 전류($I_B$)가 실제로 흘러 들어가야만 작동을 시작하며, 이 입력 전류의 크기에 비례하여 콜렉터(Collector)의 큰 전류를 제어하는 메커니즘을 가집니다.

그러나 회로 설계자가 소자를 어떻게 배치하고 신호를 어디로 입출력하느냐(접지 방식)에 따라, 전압 증폭기나 전류 증폭기로 모두 변신할 수 있는 만능 소자이기도 합니다.

그림 1

그림 2

BJT는 다리 3개(Base, Collector, Emitter) 중 하나를 신호의 기준(공통 접지)으로 삼으면서 성격이 완전히 바뀝니다.

• 공통 에미터 (Common Emitter, CE): 베이스 입력 / 콜렉터 출력. 전압과 전류를 모두 증폭합니다. 이득(Gain)이 가장 커서 클래식 디스크리트 프리앰프(예: Neve 1073의 메인 전압 증폭단)에서 순차적으로 전압을 크게 키울 때 축을 이룹니다.
• 공통 콜렉터 (Common Collector, CC / 에미터 팔로워): 베이스 입력 / 에미터 출력. 전압 이득은 약 1배로 그대로이지만, 전류를 극대화하여 증폭합니다. 입력 임피던스가 높고 출력 임피던스가 극도로 낮아져, 라인 레벨 출력단이나 헤드폰 구동단 등의 '버퍼(Buffer)' 역할을 전담합니다.
• 공통 베이스 (Common Base, CB): 에미터 입력 / 콜렉터 출력. 전류 이득은 1배 미만이지만, 전압 증폭 능력이 우수하고 고주파 특성이 훌륭합니다. 입력 임피던스가 극도로 낮아 현대적인 트랜스 임피던스(전류 피드백) 프리앰프의 프런트엔드나 고속 오디오 IC 내부 회로에 주로 활용됩니다.

• 실리콘(Si): 현재 대부분의 BJT는 매우 순수한 실리콘으로 제작됩니다. 실리콘은 열적 안정성과 신뢰성이 높아 게르마늄을 대체하여 가장 널리 사용되는 재료입니다.
• 실리콘-게르마늄(SiGe): 일부 고성능 또는 특수 목적의 BJT에는 실리콘-게르마늄 합금이 사용되기도 합니다. 이는 고속 동작 특성을 위해 선택됩니다.
• 실리콘 카바이드(SiC): 다이아몬드: 고전압, 고온, 고출력 애플리케이션에서는 실리콘 카바이드나 다이아몬드와 같은 특수 반도체 재료도 연구되고 있습니다

BJT는 실장 방식과 집적 형태로 3가지로 나눌 수 있다:

• THT: 핸드 솔더링 쉽지만 부피 큼.
• 듀얼 어레이: h_FE/V_BE 매칭 ±1~3%로 정밀회로 특화.
• SMD: 자동실장 최적화, 공간 효율 최고.