■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	멜로디 쇼핑백			실험 원리	트랜지스터를 이용한 단선 회로
실험 시간	45분	실험 분야	물리, 전자공학	실험 방법	개별실험
세트구성물	쇼핑백 도안, 쇼핑백 보조도안, 손잡이용 끈, 트랜지스터(TR1815), 저항(10kΩ), 스위치, 3P커넥터, 4P커넥터, 동전전지, 멜로디버저, 엔드캡 대 소, 전지용 스티커, 자석단추 세트, 전선, 양면테이프
교사준비물				학생준비물	딱풀, 가위, 네임펜(필기도구)
실험 결과	학생 1인당 멜로디 쇼핑백을 1개씩 가지고 갑니다.
실험팁	TIP 1. 부품을 담고있던 지퍼백은 실험 과정에서 회로를 넣어 쇼핑백 안쪽에 붙입니다. 버리지 않게 주의합니다. TIP 2. 자석 단추 세트를 쇼핑백에 고정할 때 누르는 기구가 필요하지만, 학생들이 가장 쉽게 사용할 수 있는 도구는 원통형의 고형풀(딱풀)입니다. 오히려 작은 망치나 펜치보다 편리하니, 꼭 준비하도록 해주세요. TIP 3. 스위치를 ‘ON' 해놓은 상태에서 쇼핑백이 닫히면 소리가 안나고, 열리면 소리가 납니다. 하지만 스위치가 'ON' 되어있는 상태는 전지가 소모되고 있으니 평소에는 스위치를 ’OFF'상태로 놓습니다.

부품을 모두 살펴보았나요? 다리가 세 개인 이 부품의 이름은 무엇일까요?

트랜지스터

1. 우리가 만든 회로를 간단히 나타낸 그림입니다.

이 그림에서 트랜지스터를 표현한 기호를 찾아 O표 하세요.

2. 우리가 만든 전기회로에서 트랜지스터는 어떤 역할을 하였습니까?

스위치의 역할

트랜지스터  [ transistor ]

규소나 저마늄으로 만들어진 반도체를 세 겹으로 접합하여 만든 전자회로 구성요소이며 전류나 전압흐름을 조절하여 증폭, 스위치 역할을 한다. 가볍고 소비전력이 적어 진공관을 대체하여 대부분의 전자회로에 사용되며 이를 고밀도로 집적한 집적회로가 있다. 접합형 트랜지스터와 전기장 효과 트랜지스터로 구분한다.

트랜지스터는 1947년 미국 벨연구소의 윌리엄 쇼클리(Wiliam Shockley), 존 바딘(John Bardeen), 월터 브래튼(Walter Brattain)이 처음으로 발명하였다. 보통 트랜지스터는 접합형 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor: BJT)를 의미하며 전기장 효과를 이용한 전기장 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor: FET)가 있다.

트랜지스터는 규소나 저마늄으로 만들어진 P형반도체와 N형반도체를 세 개의 층으로 접합하여 만들어진다. E(emitter)로 표시되는 이미터에서는 총 전류가 흐르게 되고 얇은 막으로 된 베이스(B; base)가 전류흐름을 제어하며 증폭된 신호가 컬렉터(C; collector)로 흐르게 된다. 접합의 순서에 따라 PNP형 혹은 NPN형 트랜지스터라 명명한다. NPN형인 경우 전류는 이미터 쪽으로 흐르고 PNP형인 경우 이미터에서 나가는 방향으로 전류가 흐른다. 이를 전자회로의 기호표기에서 전류방향을 화살표로 나타낸다.

트랜지스터의 전원 연결은 이미터 쪽에 그려진 화살표 방향으로 전류의 방향이 되도록 연결한다. 기본적으로 PN접합이 양쪽에 있는 형태이므로 다이오드에서와 같이 접합면에서 전자의 확산에 의해 공핍층이 생기고 결과로 공핍층 전기장이 생겨 더 이상의 전자의 확산을 막게 된다.

베이스와 이미터 간에 전원이 없이 연결된 상태에서는 베이스와 이미터가 같은 전위이므로 전류가 흐르지 않는다. 베이스 간에 전원에 의한 전기장 방향(+에서 -전압방향)이 공핍층 전기장 방향과 같은 역방향 바이어스이므로 전류가 흐르지 않는다. 그런데 베이스와 이미터 간에 공핍층 전기장에 반대방향의 순방향 전원을 연결하면 전자가 움직이게 된다.

한편, 베이스와 컬렉터 사이에는 공핍층과 같은 방향의 역방향 전기장이 형성되어 컬렉터 부분의 N형반도체의 다수 캐리어인 전자는 움직이지 않게 된다. 그런데 베이스와 이미터 간의 순방향 전원에 의해 이동된 전자에 대해서는 베이스와 컬렉터 사이의 전기장 방향이 순방향 바이어스가 되어 이미터에서 이동한 전자들이 컬렉터 쪽으로 흐르게 된다. 참고로 전자의 이동방향은 전기장방향의 역방향이며 전류방향의 역방향이다. 이때 컬렉터로 흐르는 전류는 베이스로 흐르는 전류에 비해 증폭된 형태로 나타나게 되므로 베이스에 작은 신호가 컬렉터에 증폭되어 나타나 트랜지스터는 증폭기로 사용된다.

트랜지스터 그 자체가 소형이어서 이를 사용하는 기기(機器)는 진공관을 사용할 때에 비하여 소형이 되며, 가볍고 소비전력이 적어 편리하다. 초기에는 잡음·주파수 특성이 나쁘고 증폭도도 충분하지 못하였으나, 그 후 많이 개량되어 대전력을 다룰 수 있는 등의 장점이 생겼으며, 특수한 경우를 제외하고는 진공관을 대체하였다. 증폭작용과 전자신호를 위한 스위치나 게이트로서 역할을 하여 아날로그회로, 디지털회로 등 대다수의 전자회로에 사용된다. 집적회로는 작은 전자칩에 다수의 트랜지스터와 전자회로 구성요소를 집약시켜 놓은 것이다.