트랜지스터는 어떻게 작은 신호를 큰 신호로 증폭시킬 수 있나요?

Question

트랜지스터가 스위치 역할뿐 아니라 증폭기로도 쓰인다고 배우는데, 작은 입력신호가 어떤 원리로 더 큰 출력신호로 바뀌는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

트랜지스터가 신호의 에너지를 직접 불려주는 건 아니에요. 출력으로 나가는 큰 에너지는 회로에 연결된 전원에서 나오고, 트랜지스터는 작은 입력으로 그 전원의 전류를 얼마나 흘려보낼지 조절해요. 수도꼭지 손잡이를 살짝만 돌려도 굵은 물줄기가 바뀌는 것과 비슷해요. 손이 쓰는 힘은 작지만 물을 밀어내는 건 수도관의 수압이에요.

바이폴라 트랜지스터를 예로 들면, 베이스에 들어가는 작은 전류가 컬렉터에서 이미터로 흐르는 전류를 결정해요. 베이스 전류가 조금 늘면 전자가 더 많이 주입되고, 그 대부분이 얇은 베이스층을 지나 컬렉터로 넘어가요. 그래서 컬렉터 전류는 베이스 전류의 보통 100배 안팎이 돼요. 베이스 전류가 10μA 흔들리면 컬렉터 전류는 1mA 흔들려요. 컬렉터 쪽에 5kΩ 저항을 달아두면 이 전류 변화가 5V의 전압 변화로 바뀌어 출력돼요. 입력은 수십 mV만 흔들렸는데 출력은 몇 V가 흔들리는 거예요.

증폭기로 쓸 때는 바이어스라고 해서 입력 신호가 없을 때도 트랜지스터가 반쯤 열린 상태가 되도록 미리 전압을 걸어둬요. 그 상태에서 신호가 위아래로 움직이면 출력도 비례해서 따라 움직여요. 스위치로 쓸 때는 완전히 끄거나 완전히 켜는 양 끝만 쓰고, 증폭기는 그 사이의 비례 구간을 쓴다는 점이 달라요 :)

Answer 2

안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.

트랜지스터는 에너지를 새로 만들어내는 것이 아니고 작은 입력 신호로 외부 전원에서 공급되는 큰 전류를 조절하는 역할을 합니다. 그래서 작은 신호의 모양을 그대로 유지하면서 큰 출력 신호로 키워낸답니다.

Answer 3

안녕하세요.

TR은 증폭기로 쓰이진 않습니다.

물리적 스위칭대신 전자적인 신호로 스위칭을 대체하는 역할을 합니다.

아마 Amplifier와 햇갈리신 듯 합니다.

Answer 4

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

트랜지스터는 스스로 에너지를 만들어내는 것이 아니라 베이스에 들어오는 작은 입력 신호로 전원 공급장치에서 나오는 큰 전류 흐름을 제어하는 밸브 역할을 수행합니다 수도꼭지 손잡이를 살짝 돌려 엄청난 양의 수압을 조절하듯 입력단에 가해지는 미세한 전압이나 전류 변화가 콜렉터단에 연결된 외부 전원 장치의 커다란 전류 변화를 유도하게 됩니다 이렇게 제어된 큰 전류가 출력 저하 없이 부하 저항을 통과하면서 신호의 폭이 대폭 확대된 큰 전압이나 전류 형태의 출력 신호로 변환됩니다 결과적으로 트랜지스터의 증폭 기능은 작은 신호의 형태를 그대로 본떠 외부의 외부 강력한 전력 에너지로 복제해내는 물리적 메커니즘을 의미합니다

Answer 5

안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.

트랜지스터는 작은 전류로 큰 전원 전류를 조절하는 밸브 역할을 합니다. 에너지를 새로 만드는 게 아닌 거죠. 베이스라는 문에 작은 전류를 흘려주면 컬렉터에서 에미터로 흐르는 큰 전기의 밸브가 열립니다. 베이스 전류가 살짝만 변해도 큰 전류가 따라서 크게 출렁이죠. 전원 장치가 공급하는 큰 전기를 입력 신호 모양대로 주물러 주는 원리인 겁니다.

핵심은 외부 직류 전원의 에너지를 신호로 바꿔 주는 겁니다. 수도꼭지를 살짝 돌리면 물이 폭포수처럼 터지는 것과 같다고 생각을 해 주시면 좋겠네요. 작은 손힘이 베이스 신호입니다. 그리고 쏟아지는 수압이 직류 전원이라고 생각하시면 되고, 조절되서 나오는 물줄기가 증복된 출력의 신호인 거죠. 입력 신호의 모양은 그대로 유지하면서 덩치만 크게 키워 줍니다. 그래서 오디오 앰프나 센서 회로의 핵심 부품으로 쓰이죠.