표지 양식
년도-학기
2020 년 2학기
과목명
전자회로실험
LAB번호
제목
1
BJT의 고정 바이어스 및 전압분배 바이어스
실험 일자
2020년 9월 30일
제출자 이름
제출자 학번
Chapter 1. 관련 이론
- 바이폴라 트랜지스터는 차단, 포화, 선형의 3가지 모드로 동작한다.
각 모드에서 트랜지스터의 물리적 특성과 그것에 연결된 외부회로는 트랜지스터의 동작 점에 영향을 미친다.
- 차단모드에서의 특징
오픈 스위치와 유사한 장치로 이미터에서 콜렉터로 작은 양의 역방향 전류가 흐른다.
- 포화모드에서의 특징
단락된 스위치와 유사한 장치로 콜렉터에서 이미터로 최대의 전류가 흐른다.
전류의 양은 트랜지스터에 연결된 외부회로에 의해서 제한됨.
- 최소 왜곡을 가지는 증폭작용
트랜지스터 특성의 선형영역이 사용됨
- DC전압은 선형영역의 동작점 설정
베이스-이미터 접합에는 순방향
베이스-콜렉터 접합에는 역방향
- 바이올라 트랜지스터의 각 모드에서 트랜지스터의 물리적 특성과 그것에 연결된 외부회로는 트랜지스터의 동작점에 영향을 미친다.
1. 차단모드 : 오픈 스위치와 유사한 장치로 이미터에서 콜렉터로 단지 작은 양의 역방향 전류가 흐른다.
2. 포화모드 : 콜렉터에서 이미터로 최대의 전류가 흐른다. 이 전류의 양은 트랜지스터에 연결된 외부회로에 의해서 제한된다. 이 동작은 단락된 스위치와 비슷하다.
3. 선형영역 : 최소 왜곡을 가지는 증폭작용에는 사용된다. DC 전압은 선형영역의 중간 혹은 근처에 동작점을 설정하기 위해 베이스-이미터 접합에는 순방향으로, 베이스-콜렉터 접합에서는 역방향으로 인가된다.
- 증폭기 : 약한 신호를 증폭하는 장치
- 트랜지스터의 장점
1. 전력소모 작다
2. 반영구적
3. 공간차지 적다
4. 열발생 적음
-트랜지스터의 응용
1. 전류증폭 -> 전압증폭
2. 스위치
- BJT의 두가지 형태 : NPN, PNP
1. 고정 바이어스
비교적 간단하고 Q점이 점이 트랜지스터의 순방향 전류 전달비 전달비(β)와 온도에 민감하다는 결점이 있다. 고정 바이어스 회로의 부하선 상에서 Q점의 정확한 위치를 예상하기 어려울 수 있다.
- 하나의 전원 Vcc를 이용하여 바이어스.
- 동작점 전류, 전압 값들이 βDC와 VBE(on)에 직접적 영향을 받아 바이어스 안정도가 좋지 않다.
- hfe(에미터 접지 출력 단락 전류 증폭률)이 작은 소자를 이용하는 경우와 충실도에 문제가 없으며 회로손실을 적게 할 때 사용 한다.
- 안정지수 S=1+hfe
2. 전압 분배기 바이어스 회로
트랜지스터의 β가 아닌 이부 회로요소에 의존하는 베이스 에미터, 콜렉터 에미터 전압을 만드는 피드백 결선을 사용한다.
전압 분배기는 트랜지스터 또는 집적 회로와 같은 각종 능동 전자 소자의 바이어스(bias)
즉, 동작점(operating point)를 설정하는데 종종 사용된다.
높은 전압을 낮은 전압으로 변환하여 계기가 정상적은 동작 범위를 초과하는 전압을 측정할 수 있도록 하는데 사용된다.
테브난의 정리를 적용하여 직류 바이어스 전류를 계산한다.
IB=(VTb 0.7) / (βRE+RTb)
- 두 개의 저항으로 전원 전압 분배
- 동작점 전류, 전압 값들이 와 에 직접적 영향을 받아 바이어스 안정 도가 좋지 않다.
- 전원 전압, 베이스-에미터 간 전압의 변동에 대해 안정도가 비교 적 높음.
- 신호에 대한 바이어스 회로의 손실이 작음.
- 전류에 비례해서 전압을 입력 쪽에 귀환하기 위해서 에미터에 저 항 R3을 접속하므로, 전압 이 득이 나빠짐.
- 전압 이득이 나빠지는 것을 방지하기 위해 R3과 병렬로 커패시터 를 부가해 교류 신호를 바이패 스시킴.
- 안정지수
- 테브난의 정리(Thevenin\'s theorem)
테브난 정리는 2단자 회로를 저항 RTh와 전압원 VTh의 직렬 연결된 등가회로로 바꿀 수 있음을 의미한다. 여기서 VTh는 단자 ab의 개방회로의 전압이고는 RTh는 독립 전원은 단락, 독립 전류원은 개방시 단자 ab에서 들여다 본 전체 저항을 말하는 것이다.
Chapter2. 실험 결과 (시뮬레이션)
PSpice 모의실험 - Ch.3 BJT의 고정 및 전압분배 바이어스
PSpice를 통해 주어진 회로를 구성하여 트랜지스터의 β 값을 계산하라. 또한, 회로의 schematic 및 VB, VE, IE, IC, VC, IB 를 확인하고 해당 표에 포함하여 시뮬레이션 결과의 적절성을 보여라.
※ Transistor : Q2N3904
1. 고정바이어스 회로
Q2N3904
VB
VE
VC
VCE
IE(mA)
IC(mA)
IB(μA)
β
결과값
694
mV
0V
11.11V
11.11
-3.31
3.29
19.31
170
.38
2. 고정바이어스 회로
그림 3-2
Q2N3904
VB
VE
VC
VCE
IE(mA)
IC(mA)
IB(μA)
β
결과값
3.29V
2.59V
13.17V
10.58V
3.82
3.79
22.10
171
.49
Reference
[Fundamentals of Microelectronics]
B.Razavi 저 | John Wiley 2nd Edition
[전자회로실험]
이현규, 김영석 저 | 충북대학교출판부
[위키피디아 지식백과]
http://en.wikipedia.org/wiki/Op_amp