실험6예비보고서. BJT amplifier - DC bias Down 실험6예비보고서. BJT amplifier - DC bias실험6예비보고서. BJT amplifier - DC bias 실험6. BJT amplifier - DC bias (예비보고서) 1.실험목적(1)BJT회로에서 바이어스 점 결정을 위한 DC바이어스 회로에 대해 공부한다.(2)하나의 저항을 이용한 간단한 바이어스 회로와 두 개의 저항으로 구성되는 전압분배 회로의 바이어스 회로의 장단점을 실험 측정을 통해 확인한다.(3)자기 바이어스 회로에서 BJT특성에 무관한 동작을 위한 회로 구성을 실험을 통해 알아본다.2.기초이론 BJT는 차단모드 포화모드 능동모드의 세가지 영역에서 동작한다. 각 모드에서 트랜지스터의 물리적 특성과 외부에 연결된 회로에 의해 트랜지스터의 바이어스 점이 결정된다. 차단모드와 포화모드에서의 트랜지스터는 스위치 동작을 사용하는데 차단 모드에서는 이미터에서 컬렉터로 매우 작은 양의 역방향 전류만 흐르게 되는 반면 포화 모드에서는 컬렉터에서 이미터가 단락된 형태의 많은 양의 전류가 흐르게 된다. 전류량은 연결된 회로에 의해 결정되는데 차단 모드와 포과모드에서의 동작은 주로 디지털 회로에서 사용된다 일그러짐 없는 증폭을 위해서는 입력 신호가 트랜지스터 특성 곡선의 선형 영역에서 동작하도록 베이스가 바이어스 되어야한다 그렇지 않으면 그림 6-1과 같이 포화 또는 차단 영역에 있게된다 그러므로 트랜지스터를 바이어스 시키는 방법이 주어진 입력 신호레벨에 대해 발생되는 출력을 결정한다.1개의 저항을 이용하는 간단한 BJT바이어스 회로그림 6-2와 같이 상대적으로 매우 큰 1개의 저항을 전원가 베이스 사이에 연결하여 BJT의 바이어스 회로 구현이 가능하다 바이어스 저항의 양단의 전압 강하는 RbIb로 표현되어 의 관계를 가지므로 베이스 전류와 컬렉터 전류는 각각 식 6-2 , 6-3 과 같다.식 6-3의 컬렉터 전류는 트렌지스터의 순방향 전류 전달비 베타와 베이스 이미터 전압 Bbe의 온도 의존성을 같는다 즉 그림 6-2의 바이어스 회로는 트랜지스터의 베타와 온도에 매우 민감하여 정확한 바이어스 점을 예측하기 어려운 단점을 갖는다전압 분배회로를 이용하는 BJT바이어스 회로모든 베이스 바이어스 회로에 가장 널리 이용되는 방식은 그림 6-3에 나타난 전압배분회로의 바이어스 방식이다 이 회로에서는 NPN트랜지스터를 사용하였으므로 +의 공통 전압원Vcc가 사용되었다 R1과 R2는 베이스에 대해 전압배분의 분압기를 구성한다 베이스에는 분압기 회로에 의해 +전압이 걸리므로 이미터베이스전류 이미터 컬렉터전류가 흐르게된다 베이스 바이어스 전류를 결정하는 바이어스 전압은 베이스와 이미터 간의 전위차이다 분압기 바이어스 회로에 대한 직류 바이어스 전류를 계산하기 위해서는 베이스 회로에 테브닌 정리를 적용한다 베이스가 분압기 R1과 R2로부터 분리 되었다고 가정하자 베이스 분리저머에서 테브닌 전압 Vth를 계산하면 테브닌 저항Rth는 R1과 R2의 병렬 합성 저항을 계산하면 얻어진다다음 단계로 BjT 컬렉터 전류 수식에 의해서 컬렉터 전류를 계산한다위에서 계산된 값 Ic와 트랜지스터의 베타를 이용해서 베이스 전류Ib를 구하면와 같다 식 6-6과 6-7 에서처럼 전압분배 바이어스 회로는 베이스 이미터와 컬렉터 이미터 전압 베이스 전류와 이미터 전류가 트랜지스터의 베타가 아닌 외부저항 회로소자 R1과 R2에 의존하게 된다 그러므로 트랜지스터 간의 베타가 변할지라도 바이어스 점은 변동하지 않는다 그러나 식 6-6과 같이 외부저항을 사용한 전압분배 회로에서 컬렉터 전류는 저항값의 변동에 따른 전압값이 지수 함수의 의존성을 가지므로 큰 변화를 갖게된다.자기 바이어스 회로그림 6-4는 그림 6-2의 바이어스 회로와는 달리 베이스 저항이 전원전압 Vcc에 연결된 것이 아니라 트랜지스터의 컬렉터 단자에 연결되어있다. 베이스 전류와 전압이 컬렉터로부터 공급되므로 자기바이어스 라고 한다 트랜지스터의 컬렉터 노드 Y에서 KVl의 이용하여 컬렉터 전류에 대해 풀면 식 6-8과 6-9가 된다.자기 바이어스 회로는 출력 변수가 증가 또는 감소하면 입력 변수가 감소또는 증가하는 부귀환의 동작을 포함한다 컬렉터 전류가 증가하면 컬렉터 전압을 감소시키고 다시 컬렉터 전류를 감소시켜 트렌지스터 베타 등의 변수 변화에둔감한 동작을 가능케한다. 트랜지스터의 베타에 둔감한 동작을 위해서 식 6-9의 분모항의 Rc값이 Rb/베타 와 비교하여 매우 큰 값을 가지도록 설계하면 된다.3.실험 부품 및 장비_전원:가변 전류 정전압원-장비:다중 측정 범위를 갖는 마이크로밀리 전류계, DVM-저항:2.7, 6.8, 33,360 킬로옴 1메가옴1/2w-반도체:2N3904 3개-기타:spst 스위치4.실험과정 및 시뮬레이션 및 예상값1개의 저항을 이용한 간단한 BJT 바이어스 회로(1)3개의 2N3904 트랜지스터를 섞이지 않도록 Q1,Q2,Q3로 구분하고 먼저 Q1트랜지스터를 사용하여 그림 6-2의 회로를 구성한다. Rb=1메가옴 Rc=2.7키로옴 Vcc=12v를 사용한다.(2)저항 Rb와 Rc 양단의 전압 Vrb Vrc를 측정하고 컬렉터 전류 Ic와 베이스 전류 Ib를 계산하여 표 6-1에 기록한다 Vbe,Vcb전압도 같이 측정하여 동작 영역을 확인한다.(3)같은 방법으로 Q2,Q3 반복측정(4)베타=Ic/Ib를 이용해서 베타값구하기항목과정 2~4Q1Q2Q3Vrb11.32211.32211.322Vrc4.6794.6794.679Ib11.32마이크로11.32마이크로11.32마이크로Ic1.7331.7331.733베타153153153 표6-1 (5)과정 1과 같은 방법으로 3개의 2N3904트랜지스터
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