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NPN 트랜지스터와 PNP 트랜지스터의 차이: 구조·전류 방향·회로 기호·사용법 비교

NPN 트랜지스터는 n형 이미터와 컬렉터 사이에 p형 베이스를 끼운 것이고, PNP 트랜지스터는 그 반대로 p형 이미터와 컬렉터 사이에 n형 베이스를 끼운 것입니다. NPN에서는 전자가, PNP에서는 정공이 주로 전류를 나르며, 전압과 전류의 방향이 모두 반대가 됩니다. 실리콘에서는 전자의 이동도가 정공보다 크기 때문에 같은 치수라면 NPN이 더 빠르고 전류 증폭률도 높이기 쉬워 많이 쓰입니다.

비교 항목NPNPNP
반도체 배열(이미터·베이스·컬렉터)n형·p형·n형p형·n형·p형
주로 전류를 나르는 캐리어전자(이미터에서 베이스로 주입됨)정공(이미터에서 베이스로 주입됨)
활성 영역의 바이어스베이스-이미터 간은 순방향 바이어스(베이스를 이미터보다 약 0.6~0.7 V 높게 함), 베이스-컬렉터 간은 역방향 바이어스베이스-이미터 간은 순방향 바이어스(베이스를 이미터보다 약 0.6~0.7 V 낮게 함), 베이스-컬렉터 간은 역방향 바이어스
단자 전압의 관계(활성 영역)VC > VB > VEVE > VB > VC
전류 방향베이스와 컬렉터로 흘러 들어가 이미터로 흘러나옴이미터로 흘러 들어가 베이스와 컬렉터로 흘러나옴
회로 기호의 화살표이미터에서 바깥쪽이미터로 안쪽
스위치로서의 사용법부하와 GND 사이에 두는 로사이드 스위치. 베이스로 전류를 흘려 넣으면 켜짐전원과 부하 사이에 두는 하이사이드 스위치. 베이스에서 전류를 끌어내면 켜짐
성능(같은 치수일 때)전자의 이동도가 크므로 빠르고 전류 증폭률을 크게 하기 쉬움정공의 이동도가 작으므로 NPN보다 느리고 전류 증폭률도 작아지기 쉬움
주요 용도증폭 회로, 로사이드 스위치, 오픈 컬렉터 출력, ECL 등의 고속 회로하이사이드 스위치, NPN과 조합한 푸시풀 출력단, 전원 쪽에서 전류를 내보내는 전류원

수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.

상황별 선택 기준

NPN
고민될 때 가장 먼저 고려할 후보입니다. 마이컴 단자로 LED나 릴레이를 GND 쪽에서 켜고 끄는 회로나 일반적인 증폭 회로에 많이 사용합니다.
PNP
전원 쪽에서 부하를 켜고 끄고 싶을 때나, 전원에서 전류를 내보내는 전류원을 만들고 싶을 때 사용합니다.
조합
특성이 맞춰진 NPN과 PNP 쌍(컴플리멘터리 페어)으로 양과 음의 반주기를 분담하는 푸시풀 증폭 회로를 만들 수 있습니다. B급에서는 크로스오버 왜곡이 생기므로, 약간의 바이어스 전류를 흘리는 AB급으로 하는 것이 일반적입니다.

자주 묻는 질문

NPN과 PNP의 회로 기호는 어떻게 구별하나요?

이미터에 붙은 화살표의 방향으로 구별합니다. 화살표는 베이스와 이미터 사이의 PN 접합에서 순방향 전류가 흐르는 방향(p형에서 n형)을 나타내며, NPN에서는 이미터에서 바깥쪽, PNP에서는 이미터로 안쪽을 향합니다.

NPN이 더 많이 쓰이는 이유는 무엇인가요?

실리콘에서는 전자의 이동도가 정공의 약 2~3배여서, 같은 구조라면 NPN이 전류 증폭률과 동작 속도를 높이기 쉽기 때문입니다. 또한 GND를 기준으로 한 회로에서는 NPN 로사이드 스위치를 구성하기 쉽다는 점도 이유입니다.

NPN을 PNP로 바꿔 쓸 수 있나요?

그대로 바꿔 끼울 수는 없습니다. 전압과 전류의 방향이 모두 반대가 되므로 전원 극성과 부하 위치를 포함해 회로를 다시 설계해야 합니다. 회로 전체를 전원 쪽과 GND 쪽으로 위아래 뒤집은 형태로 만들면 같은 기능을 하게 할 수 있습니다.

PNP 트랜지스터를 켜려면 어떻게 하나요?

베이스 전압을 이미터보다 약 0.6~0.7 V 낮게 하여 베이스에서 전류를 끌어냅니다. 이미터를 전원에 연결한 하이사이드 스위치에서는 베이스를 저항을 통해 GND 쪽으로 당기면 켜지고, 이미터와 같은 전압으로 하면 꺼집니다.

이해도 확인

NPN 트랜지스터를 증폭에 사용할 때(능동 영역에서 동작시킬 때)의 바이어스 조건으로 올바른 것은?

  1. A베이스-에미터 간은 순방향, 베이스-컬렉터 간은 역방향
  2. B베이스-에미터 간은 역방향, 베이스-컬렉터 간은 순방향
  3. C베이스-에미터 간, 베이스-컬렉터 간 모두 순방향
정답과 해설 보기

정답: A. 베이스-에미터 간은 순방향, 베이스-컬렉터 간은 역방향

능동 영역에서는 베이스-에미터 접합을 순방향으로 하여 에미터에서 베이스로 전자를 주입하고, 베이스-컬렉터 접합을 역방향으로 하여 베이스를 통과한 전자를 강한 전계로 컬렉터로 끌어당깁니다. 컬렉터 전류는 컬렉터 전압에 거의 좌우되지 않고 베이스 전류(또는 VBE)로 결정되므로 증폭이 가능합니다. 둘 다 순방향이면 포화 영역(스위치 온), 둘 다 역방향이면 차단 영역(오프)입니다.

PNP 트랜지스터에서 에미터로부터 베이스로 주입되어 주로 전류를 운반하는 캐리어는?

  1. A전자
  2. B정공
  3. C이온
정답과 해설 보기

정답: B. 정공

PNP 트랜지스터에서는 p형 에미터에서 n형 베이스로 정공이 주입되고, 베이스를 통과하여 p형 컬렉터에 모입니다. NPN에서는 전자가 같은 역할을 담당합니다. 전자의 이동도는 정공의 약 3배이므로 같은 구조라면 NPN이 더 빠르고 전류 증폭률도 높아 주류입니다. PNP는 NPN과 조합한 푸시풀 회로나 전원 양극 쪽에서의 스위치(하이사이드) 등에 사용되며, 전압과 전류의 방향이 NPN과 반대가 됩니다.

NPN 트랜지스터의 회로 기호에서 에미터에 붙은 화살표의 방향으로 올바른 것은?

  1. A컬렉터에서 에미터로 향하는 방향
  2. B베이스에서 에미터 바깥으로 향하는 방향
  3. C에미터 바깥에서 베이스로 향하는 방향
정답과 해설 보기

정답: B. 베이스에서 에미터 바깥으로 향하는 방향

회로 기호의 화살표는 베이스-에미터 간 PN 접합에서 순방향 전류가 흐르는 방향(p→n)을 나타냅니다. NPN에서는 베이스(p)에서 에미터(n)로 흐르므로 화살표는 바깥쪽, PNP에서는 안쪽입니다. 외우는 방법으로 「NPN: Not Pointing iN(안쪽을 가리키지 않는다)」이 알려져 있습니다. 화살표는 에미터 쪽에만 붙으므로 기호에서 에미터와 컬렉터를 구별할 수도 있습니다.

  1. NPN 트랜지스터에서 에미터의 불순물 농도를 베이스보다 높게 하는 주된 이유는?
  2. NPN과 PNP 트랜지스터로 양과 음의 반주기를 분담하는 B급 푸시풀 증폭 회로에서 발생하기 쉬운 왜곡은?
  3. 능동 영역에서 동작하는 실리콘 바이폴라 트랜지스터의 베이스-에미터 간 전압 VBE의 기준값으로 올바른 것은?

바이폴라 트랜지스터 문제 풀기

주요 용어 설명

전류 증폭률(hFE)
바이폴라 트랜지스터의 콜렉터 전류와 베이스 전류의 비(IC/IB).
활성 영역(Active Region)
베이스-에미터 간을 순방향, 베이스-콜렉터 간을 역방향으로 바이어스한 상태. 베이스 전류에 비례하는 콜렉터 전류가 흐르며 증폭에 사용한다.
포화 영역
바이폴라 트랜지스터의 베이스-이미터 접합과 베이스-컬렉터 접합이 모두 순바이어스가 된 상태. 컬렉터-이미터 간 전압이 0.1~0.3 V 정도까지 떨어지며 스위치의 온에 해당한다.
이미터 팔로워(Emitter Follower)
컬렉터 접지의 증폭 회로. 전압 이득은 거의 1이지만 입력 임피던스가 높고 출력 임피던스가 낮아, 신호를 약화시키지 않고 다음 단을 구동하는 버퍼로 쓰인다.
크로스오버 왜곡(crossover distortion)
B급 푸시풀 증폭 회로에서 양과 음의 반주기를 맡은 트랜지스터가 교대하는 0 V 부근에서 둘 다 도통하지 않아 생기는 왜곡. 약간의 바이어스를 흘리는 AB급으로 줄인다.

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