목차
1장 반도체의 기초적인 성질 ... 1
1.1 반도체란? ... 18
1.2 결정구조(Crystalline Structure) ... 3
1.2.1 진성반도체 ... 5
1.2.2 불순물반도체(Impurity Semiconductor) ... 8
1.3 에너지밴드(Energy Band) ... 10
1.3.1 원자의 구조 ... 11
1.3.2 고립원자내의 전자에너지준위 ... 12
1.3.3 결정내의 전자에너지준위 ... 13
연습문제(1) ... 16
2장 반도체의 특성 ... 19
2.1 고유저항(Resistivity) ... 19
2.2 자유전자와 옴의 법칙 ... 21
2.3 트랩과 재결합(Trap And Recombination) ... 25
2.4 페르미준위와 상태밀도 ... 27
2.5 이동도와 도전율 ... 31
2.6 확산(Diffusion) ... 33
2.7 소수캐리어의 주입 ... 35
연습문제(2) ... 41
3장 반도체재료와 단결정의 제조법 ... 45
3.1 반도체재료 ... 45
3.1.1 단체반도체 ... 45
3.1.2 화합물반도체 ... 46
3.1.3 그 밖의 반도체재료 ... 47
3.2 반도체재료의 정제 ... 48
3.2.1 Ge의 정제 ... 48
3.2.2 물리적 정제 ... 49
3.3 단결정(Single Crystal)의 제조법 ... 53
3.3.1 인상법(Pulling Method) ... 54
3.3.2 플로팅존법(Floating Zone Method) ... 55
3.3.3 존레벨링법(Zone leveling Method) ... 56
3.3.4 기상성장법(Epitaxial Grown) ... 57
연습문제(3) ... 60
4장 P-N 접합과 제조법 및 작용 ... 63
4.1 P-N 접합의 제조법 ... 63
4.1.1 합금법 ... 64
4.1.2 성장접합법 ... 65
4.1.3 확산법(Diffused Junction) ... 66
4.1.4 에피택시얼법(Epitaxial Method) ... 71
4.2 열평형상태에서의 PN 접합 ... 72
4.2.1 접합전위차 및 전위장벽 ... 75
4.2.2 에너지대 구조 ... 75
4.3 열적 평형상태의 P-N 접합에 관한 해석 ... 77
4.4 P-N 접합의 전압 ·전류 특성 이론 ... 82
4.5 접합의 법칙 ... 85
4.6 P-N 접합의 항복현상 ... 88
4.6.1 전자눈사태현상과 제너현상(Electron Avalanche Effect And Zener Effect) ... 88
4.6.2 터널효과에 의한 부성저항 ... 90
4.7 P-N 접합에서 공핍층의 폭과 접합용량 ... 91
연습문제(4) ... 94
5장 P-N 다이오드의 특성 및 종류 ... 97
5.1 이상적 P-N 다이오드의 동작 ... 97
5.2 이상적 PN 다이오드의 정특성 ... 101
5.3 실제의 P-N 다이오드의 정특성 ... 103
5.3.1 중성영역에서의 전압강하 ... 103
5.3.2 공간전하영역에서의 캐리어의 열생성과 재결합 ... 103
5.3.3 역바이어스전류 ... 104
5.4 다이오드의 저항 ... 105
5.4.1 교류저항 ... 106
5.4.2 교류컨덕턴스 ... 107
5.4.3 다이오드특성의 선형화 ... 108
5.5 다이오드의 종류
5.5.1 점접촉형(Point Contact Type) 다이오드 ... 109
5.5.2 본드형(Bond Type) 다이오드 ... 110
5.5.3 접합형(Junction Type) 다이오드 ... 111
5.5.4 정전압 다이오드(Voltage Regulator Diode) ... 111
5.5.5 터널 다이오드(Tunnel Diode) ... 113
5.5.6 가변용량 다이오드(VVC diode) ... 115
연습문제(5) ... 118
6장 트랜지스터의 특성 ... 121
6.1 비대칭 P-N 접합 ... 121
6.2 트랜지스터의 구조 ... 123
6.3 트랜지스터의 작용 ... 125
6.3.1 트랜지스터의 작용 ... 127
6.3.2 P-N-P 접합트랜지스터 ... 131
6.3.3 실제의 트랜지스터 ... 133
6.3.4 NPN 접합트랜지스터 ... 137
6.3.5 접합트랜지스터 설계조건 ... 138
6.3.6 트랜지스터의 기본적인 동작 ... 138
6.3.7 트렌지스터의 특성 ... 142
6.3.8 트랜지스터의 최대정격 ... 150
6.3.9 특수트랜지스터 ... 151
연습문제(6) ... 176
7장 소신호 저주파 트랜지스터 등가회로 ... 183
7.1 4단자소자와 π형등가회로 ... 183
7.2 트랜지스터 π형등가회로 ... 184
7.3 트랜지스터 특성곡선으로부터 h정수의 측정 ... 186
7.3.1 $h_{fe}< / MATH> ... 186
7.3.2 $h_{oe}< / MATH> ... 187
7.3.3 $h_{ie}< / MATH> ... 187
7.3.4 $h_{re}< / MATH> ... 188
7.4 이미터접지 h정수로부터 베이스접지 및 컬렉터접지 h정수로 변환 ... 189
7.4.1 h_e→h_b ... 189
7.4.2 h_e→h_c ... 193
7.5 트랜지스터 T형등가회로와 h정수 ... 196
7.6 h정수에 의한 TR저주파 소신호 증폭기 해석 ... 204
7.6.1 이미터접지 증폭기 ... 204
7.6.2 베이스접지 증폭기 ... 206
7.6.3 컬렉터접지 증폭기 ... 207
7.7 이미터접지, 컬렉터접지. 베이스접지 증폭기의 비교 ... 207
7.7.1 전류이득 ... 207
7.7.2 전력이득 ... 208
7.7.3 임력저항 ... 208
7.7.4 전압이득 ... 209
7.7.5 출력저항 ... 209
연습문제(7) ... 213
8장 저주파 트랜지스터 증폭기회로 ... 217
8.1 트랜지스터 다단증폭기 ... 217
8.2 n단 다단증폭기 ... 221
8.2.1 전압이득 ... 222
8.2.2 전류이득 ... 223
8.2.3 입력임피던스 및 출력임피던스 ... 225
8.2.4 전력이득 ... 225
8.2.5 다단증폭기에서 트랜지스터접지의 선택 ... 225
8.3 이미터접지 증폭기의 약식해석 ... 225
8.3.1 전류이득 ... 227
8.3.2 입력임피던스 ... 227
8.3.3 전압이득 ... 227
8.3.4 전력이득 ... 228
8.3.5 출력임피던스 ... 228
8.4 컬렉터접지 증폭기의 약식해석 ... 228
8.4.1 전류이득 ... 229
8.4.2 입력저항 ... 229
8.4.3 전압이득 ... 229
8.4.4 출력임피던스 ... 230
8.5 베이스접지 증폭기의 약식해석 ... 231
8.5.1 전류이득 ... 232
8.5.2 입력임피던스 ... 232
8.5.3 전압이득 ... 232
8.6 이미터저항 Re가 있는 이미터접지 증폭기의 약식해석 ... 232
8.7 이미터폴로어(Emitter Follower) ... 233
8.8 고입력저항을 갖는 트랜지스터회로 ... 235
8.8.1 달링턴(Darlington) 이미터폴로어 ... 236
8.8.2 Bootstrapping ... 238
8.9 캐스코드 트랜지스터회로 ... 239
8.10 차동증폭기(Difference Amplifiers) ... 241
8.10.1 동상제거비(Common Mode Rejection Ratio) ... 242
8.10.2 이미터결합 차동증복기 ... 244
연습문제(8) ... 246
9장 고주파 트랜지스터 ... 251
9.1 고주파 트랜지스터 T형 등가회로 ... 251
9.1.1 고주파알파(High Frequency Alpha) ... 252
9.1.2 약식베이스접지 트랜지스터 고주파 T형등가회로 ... 252
9.2 베이스접지 단락회로 전류주파수특성 ... 253
9.3 알파차단주파수(Alpha Cutoff Frequency) ... 254
9.3.1 확산용량(Diffusion Capacitance) ... 254
9.3.2 베이스폭 또는 베이스주행시간(Base Transit time)에 대한 f_a의 변화 ... 255
9.4 이미터접지 단락회로전류 주파수특성 ... 256
9.5 하이브리드-π이미터접지 등가회로 ... 258
9.5.1 그림 9.5의 등가회로의 회로성분에 대한 고찰 ... 258
9.5.2 하이브리드 π정수값 ... 259
9.6 저주파 h정수로 표시한 하이브리드-π컨덕턴스 ... 259
9.6.1 트랜지스터 상호컨덕턴스 : g_m ... 259
9.6.2 입력컨덕턴스 : $g_{b'e}< / MATH> ... 261
9.6.3 귀환컨덕턴스(Feedback Conductance) : $g_{b'c}< / MATH> ... 262
9.6.4 베이스퍼짐저항 $r_{b'b}< / MATH> ... 263
9.6.5 출력컨덕턴스 $g_{ce}< / MATH> ... 263
9.6.6 하이브리드 - π용량 ... 264
9.7 하이브리드 - π등가회로부터 이미터접지 단락회로전류이득의 계산 ... 264
9.7.1 정수 f_T ... 266
연습문제(9) ... 269
10장 FET 증폭기(전계효과 트랜지스터 증폭기) ... 273
10.1 FET 소신호등가회로 ... 273
10.2 FET의 회로표시(Circuit Symbol) ... 275
10.3 소스접지 증폭기(Common Source Amplifier) ... 275
10.3.1 전압이득 ... 276
10.3.2 입력어드미턴스 ... 277
10.3.3 출력저항 ... 277
10.4 드레인접지 증폭기 또는 소스폴로어 ... 277
10.4.1 전압이득 ... 277
10.4.2 입릭어드미턴스 ... 279
10.4.3 출력어드미턴스 ... 279
10.5 일반화된 FET 증폭회로 ... 280
10.5.1 드레인(Drain)에서 본 출력 ... 280
10.5.2 소스저항 Rs가 있는 소스접지 증폭기 ... 281
10.5.3 게이트접지 증폭기(Common Gate Amplifier) ... 281
10.5.4 소스(Source)에서 본 출력 ... 282
10.5.5 드레인접지 증폭기(Common Drain Amplifier) ... 282
10.6 FET 바이어스회로 ... 283
10.6.1 소스 자기바이어스(Source Self Bias) ... 283
10.6.2 온도변화에 따른 바이어스전류의 변화를 방지하기 위한 바이어스법 ... 284
10.6.3 FET소자 변화에 대한 바이어스 변화를 방지하는 바이어스법 ... 287
연습문제(10) ... 289
11장 트랜지스터 바이어스회로 및 열적 안정도 ... 293
11.1 동작점(Operating Point) ... 293
11.1.1 직류부하선과 교류부하선 ... 294
11.1.2 고정바이어스회로(Fixed Bias 회로) ... 295
11.2 바이어스 안정도(Bias Stability) ... 295
11.2.1 열적 불안정(Thernal Instability) ... 296
11.2.2 안정도 S(Stability Factor) ... 296
11.3 컬렉터 대 베이스 바이어스 ... 297
11.3.1 β에 대한 안정도 ... 298
11.3.2 컬렉터 대 베이스 바이어스회로의 해석 ... 298
11.3.3 교류전압이득의 감소를 방지하는 방법 ... 299
11.4 자기바이어스 또는 이미터 바이어스 ... 299
11.4.1 안정도 S ... 300
11.4.2 자기바이어스회로의 해석 ... 301
11.5 자기바이어스회로에서 $V_{BE}< / MATH>와 β의 변화에 대한 안정도 ... 301
11.5.1 전달특성(Transfer Characteristics) ... 302
11.5.2 $V_{BE}< / MATH>에 대한 Ic의 안정도 S' ... 303
11.5.3 β에 대한의 Ic 안정도 S'' ... 304
11.6 다이오드 바이어스 보상회로 ... 305
11.6.1 $V_{BE}< / MATH>에 대한 다이오드 보상 ... 306
11.6.2 $I_{CO}$에 대한 다이오드 보상 ... 306
11.7 트랜지스터 보상회로 ... 307
11.8 서미스터와 센시스터 보상회로 ... 309
11.9 열폭주(Thermal Runaway) ... 310
11.9.1 정격컬렉터손실(Maximum Allowable Collector Power Dissipation) ... 310
11.9.2 열저항(Thermal Resistance) ... 311
11.9.3 열적 안정조건 ... 311
11.10 열적 안정도(Thermal Stability) ... 311
연습문제(11) ... 313
12장 귀환(Feedback) ... 317
12.1 귀환의 종류 ... 317
12.2 증폭기에 부귀환을 사용했을 때의 효과 ... 318
12.2.1 이득 ... 318
12.2.2 안정도 ... 319
12.2.3 주파수특성 ... 319
12.2.4 왜곡(distortion) ... 320
12.2.5 입력임피던스 및 출력임피던스 ... 320
12.3 전류귀환을 사용한 트랜지스터 증폭회로 ... 320
12.3.1 직릴전류귀환회로 ... 320
12.3.2 병렬전류귀환회로 ... 322
12.4 전압귀환을 사용한 트랜지스터 증폭회로 ... 323
12.4.1 병력전압귀환회로 ... 323
12.4.2 직렬전압귀환회로 ... 326
12.5 다단증폭기에서의 귀환 ... 328
12.6 궤환회로의 안정 ... 330
연습문제 (12) ... 332
13장 트랜지스터 발진회로 ... 335
13.1 발진회로의 분류 ... 335
13.2 귀환발진기의 발진원리 ... 336
13.3 동조형 발진기 ... 337
13.3.1 컬렉터동조형 발진기(Tuned Collector Oscillator) ... 337
13.3.2 베이스동조 발진기와 이미터동조 발진기 ... 340
13.4 하틀리발진기 및 콜피츠발진기 ... 341
13.4.1 하틀리(Hartley)발진기 ... 341
13.4.2 콜피츠발진기 ... 344
13.5 수정발진기(Crystal Oscillator) ... 345
13.5.1 수정발진기 ... 345
13.5.2 수정발진회로 ... 347
13.6 C-R 발진기 ... 348
13.6.1 이상발진기 ... 349
13.6.2 Wien-Bridge 발진회로 ... 350
13.7 부성저항발진기(Negative Resistance Oscillator) ... 351
연습문제(13) ... 355
14장 대신호증폭기(전력증폭기) ... 359
14.1 전력증폭기에서 다루어야 할 양 ... 359
14.1.1 트랜지스터에 대한 전류, 전압, 전력 등의 제한 ... 359
14.1.2 출력전력(Power Output) ... 361
14.1.3 왜곡(Distortion) ... 362
14.2 A급 전력증폭기 ... 363
14.2.1 직렬부하 A급 전력증폭기 ... 364
14.2.2 병렬부하 A급 전력증폭기 ... 364
14.2.3 A급 전력증폭기의 동작점의 설정 ... 365
14.2.4 A급 전력증폭기의 부하의 설정 ... 365
14.2.5 A급 전력증폭기의 컬렉터효율 ... 366
14.2.6 A급 전력증폭기의 왜곡(Distortion) ... 369
14.3 B금 푸쉬풀 전력퐁폭기 ... 372
14.3.1 B급 푸쉬풀 전력증폭기의 동작 ... 372
14.3.2 B급 푸쉬풀 전력증폭기의 특징 ... 374
14.3.3 B급 푸쉬풀 전력증폭기의 출력전력 및 컬렉터효율 ... 375
14.3.4 B급 푸쉬풀 전력증폭기의 왜곡 ... 381
14.3.5 B급 푸쉬풀 전력증폭기의 설계 예 ... 381
14.4 기타 전력증폭기 ... 384
14.4.1 1단상보대칭 형 전력증폭기 ... 384
14.4.2 2단상보대칭형 전력증폭기 ... 385
14.4.3 S.E.P.P(Single Ended Push-Pull Power Amplifier) 전력증폭기 ... 386
연습문제 (14) ... 388
15장 여러 가지 반도체 소자 ... 393
15.1 광전효과 ... 393
15.2 실리콘태양전지 ... 395
15.3 포토다이오드 및 포토트랜지스터 ... 397
15.4 배리스터(varistor) ... 398
15.5 서미스터(Thermistor) ... 399
15.6 전자냉동 ... 400
참고문헌 ... 401
찾아보기 ... 403
연습문제 해답 ... 412
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