산하라. 계산결과에 반영되듯이 고정 바이어스 구조는 변화에 매우 민감하게 나타날 것이다. 표 9.2에 계산 결과를 기입하라.
% =
% =
% =
% =
%
%
%
%
11.02%
10.86%
23.157%
0.124%
3. 전압분배기 바이어스 구조
a. 2N3904 트랜지스터를 사용하여 그림 9-2의 회로를 구성하라. 저항값들을 측정하고 기록하라.
R1(meas) = 32.87㏀
R2(meas) = 6.79㏀
RC(meas) = 1.927㏀
RE(meas) = 678Ω
b. 순서 1에서 결정한 2N3904 트랜지스터의 β를 이용하여, 그림 9-2 회로에서 , 의 이론적인 값을 계산하고, 표 9.3에 결과를 기재하라.
2N3904
[3(b)]
3.41
2.776
12.92
10.15
4.082
3.93
16.05
[3(c)]
3.257
2.578
13.22
10.01
3.791
3.76
15.34
c. 그림 9-2 회로에 전압을 인가하고 를 측정하여 표 9.3에 값들을 기록하라. 부수적으로 를 측정하라. 전압을 1/100 또는 1/1000 자리까지 측정하도록 노력하여라. 측정한 전압과 저항으로부터 를 계산하고, 를 이용하여 를 계산하라. 키르히호프 전류 법칙을 이용하여 로부터 베이스 전류 를 계산하라. 표 9.3에 계산된 를 기입하라.
표 9.3에서 계산값과 측정값을 비교하라. 설명이 필요할 만큼 중요한 차이가 있는가?
큰 차이가 없다.
d. 순서 1의 β값과 더불어 순서 3(e)에서 측정한 와 계산한 를 표 9.4에 기록하라.
e. 그림 9-2 에서 2N3904 트랜지스터를 2N4401 트랜지스터로 대치하라. 그 다음 전압 ,를 측정하라. 를 정확하게 결정하기 위하여 를 1/100 또는 1/1000 자리까지 읽도록 다시 노력하라. ,를 계산하고, 를 결정하라. , 그리고 이 트랜지스터의 값을 표 9.4에 기입하라.
트랜지스터 종류
(volts)
2N3904
10.01V
3.76mA
15.34A
245
2N4401
10V
3.82mA
17.52A
218
f. 표 9.4의 데이터를 이용하여 의 % 변화를 계산하라. 순서 2(e)에 있는 식 (9.1)을 이용하고, 계산한 결과를 표 9.5에 기록하라.
%
%
%
%
11.02
1.59
0.1
14.21
<연습문제>
a. 그림 9-1의 고정 바이어스회로에 대해 포화전류 를 계산하라.
(계산값) = 7.41㎃
b. 그림 9-2의 전압분배기 바이어스회로에 대해 포화전류 를 계산하라.
(계산값) = 8.06㎃
c. 연습문제 1(a)와 (b)의 포화전류는 트랜지스터의 β에 민감하게 변화하는가?
포화전류 무관하다.
2. 이 실험에서 살펴본 두 회로에서 2N3904 트랜지스터를 2N4401 트랜지스터로 교체할 때 동작점(컬렉터 특성곡선 상의 와 에 의해 정의) 위치는 어떻게 변하는가? 즉, β값이 큰 트랜지스터로 교체될 때 동작점 위치가 어떻게 이동하는가? 특히 Q점이 포화(큰 , 작은 ) 혹은 차단(작은 , 큰 ) 상태 중에서 어느 상태를 향하여 이동하는가?
포화상태를 향해 이동한다.
3. a.β의 변화에 기인한 , , 의 변화비율을 결정하여 표 9.6을 완성하라. 즉, 순서 2와 3의 결과를 이용하여 나타낸 % 변화를 계산하라
<표 9.6>
고정
0.985
2.1010
0.011
전압 분배기
0.144
0.009
1.28
<고정 계산식> , ,
<전압 분배기 계산식> , ,
b. 훌륭한 회로 설계의 중요한 목표 중의 하나는 트랜지스터의 β변화에 대한 여러 전류와 전압의 감도를 최소화하는 것이다. % β변화에 대한 % 변화를 규정하는 성능지수는 다음 식으로 정의된다. 특히, S(β)가 작을수록, β가 변화할 때 회로는 더 적은 영향을 받을 것이다.
(9.2)
표 9.6의 결과를 참고하면 어느 회로의 안정도 계수 S(β)가 더 좋은가? 두 안정도 계수 에 큰 차이가 있는가?
0.985 > 0.623
전압분배기가 더 좋은 안정도 계수 S(β)를 가짐.
안정도 계수가 작을수록 β의 변화에 영향을 덜 받는다.
c. 표 9.6의 나머지 감도는 한 구조가 다른 구조보다 더 안정하다는 사실을 뒷받침하는가? 어느 구조가 더 안정한가?
전압분배기가 더 안정한 것으로 나타났다.
4. a. 그림 9-1의 고정 바이어스 구조에 대해서 의 계산식을 회로의 다른 소자들(전압원, 저항, β)로 표현하라. 그 다음 에 대한 표현식을 구하라
b. 그림 9-2의 회로에서 과 가 보다 훨씬 크다고 가정할 때, 근사로 가 성립한다. 이때 의 계산식을 회로의 다른 소자들로 표현하라.
c. 위 연습문제 4(a)와 4(b)의 결과를 참고하면, 한 구조가 다른 구조에 비해서 β 변화에 보다 민감한 명백한 이유가 있는가?
고정바이어스 회로는 를 계산하는 과정에 β가 포함되므로 β의 변화에 더 민감하다.
5. 실험결론
1. 트랜지스터의 값은 전류와 전압을 결정하는 핵심요소로 회로해석에 중요한 역할을 한다.
2. 고정 바이어스 회로는 값에 영향을 크게 받는다.
3. 값이 고정 바이어스 회로 구조에서는 와 에 영향을 끼친다.
4. 전압분배 바이어스 회로는 값의 변화에 따라 동작점의 위치에 큰 차이가 없으며
트랜지스터의 고유 성질은 회로 내 전류와 전압을 결정하는 데 큰 영향을 준다.
5. 따라서 전압분배 바이어스 회로는 고정 바이어스 회로에 비해 값의 영향을 적게 받아 더 안정된 회로라고 할 수 있다.
6. 트랜지스터의 값이 커지면 동작점은 포화영역 쪽으로 이동한다.
7. 고정 바이어스 회로에서 는 와 무관하고, 전압분배기 바이어스 회로에서 에 가 관여하기 때문에 가 큰 차이를 보이게 됩니다.
6. 토의 및 고찰
1. 가 범위에 머물기 때문에 를 구할 때 편차를 줄이기 위해 소수점을 셋째자리 이상까지 기록해서 계산해야 된다는 것을 알게 되었다.
2. 회로 해석 시 입력루프에 대한 해석을 마친 다음 그 값을 이용해 출력루프의 값을 계산하는 것이 용이하다.
3. 회로 계산에 대한 숙지를 않고 실험에 들어가 회로 해석에 대한 이해가 부족하여 실험을 진행하는데 어려움이 있었다.
4. 전압분배 바이어스 회로에서 일 때는 근사해석을 이용해 값을 구해야 한다. .