트랜지스터 바이어스 회로

소개글

트랜지스터 바이어스 회로에 대한 보고서 자료입니다.

목차

I. 서론

II. 본론
A. DC 바이어스 및 동작점
i. 직류 동작점 Q1의 설정
ii. 직류 동작점 Q2의 설정
ⅲ. 직류 동작점 Q3의 설정
ⅳ. Q점이 포화차단영역에 접근된 경우
ⅴ. Q점이 직류 부하선의 중앙에 위치한 경우
B. 베이스 바이어스
C. 에미터 바이어스
D. 전압분배 바이어스
E. 컬렉터 피드백 바이어스
i. 주위 온도가 상승하는 경우
ii. 주위 온도가 하강하는 경우

III. 결론

IV. 참고사항

본문내용

2> 테브난 등가 바이어스 회로
전압분배기 바이어스는 온도 변화에 따른 동작점의 변화가 매우 미미하여 안정화된 동작점을 제공하기 때문에 매우 널리 사용되고 있는 추세이다. 전압분배기 바이어스 회로의 동작점이 매우 안정적이라는 것을 보이기 위해 테브난 정리(Thevenin's Theorem)를 적용해 본다. <그림 4-2(a)>의 회로에서처럼 베이스단에 회로의 좌측(점선으로 된 사각형부분)을 테브난 등가회로로 대치하면 <그림 4-2(b)>와 같이 된다.
Vth 는 점선으로 표시된 사각형 안의 회로에서 베이스 단자전압이므로 다음과 같이 결정된다.
(4-4)
또한 Rth 는 사각형 안의 회로에서 전원을 제거한 후에 계산된 등가 저항이므로 전압원 VCC를 제거하면 R1과 R2의 병렬 연결 만이 나타나게 된다.
(4-5)
테브난 등가 회로로 대치된 바이어스 회로에서 베이스-에미터 루프에 키르히호프 전압법칙(KVL)을 적용하면 다음과 같다.
(4-6)
여기에 IB IE / βDC 의 관계를 대입하여 IE에 대해 정리하면 다음과 같다.
(4-7)
만일 IB ≫ Rth / βDC 라 가정하면 IE는 다음과 같이 표현되며 βDC 와는 무관하다는 것을 알 수 있다.
(4-8)
따라서 전압분배기를 이용한 바이어스 방식은 단일 전압원으로 높은 바이어스 안정도를 성취할 수가 있고, 실제 적용에 있어서도 간편하므로 매우 널리 사용되고 있는 추세이다.
※ 전압분배기 바이어스 : 전압분배기 바이어스 회로를 해석할 때 베이스에서 회로의 우측을 바라다본 입력저항이 R2보다 10배 이상이 되면 무시하고 해석하여도 큰 오차는 없다. 그러나 10배 미만이 될 경우에는 무시하여 해석하게 되면 회로해석시 많은 오차를 내포하게 되므로 Rin(base)와 R2를 병렬로 처리하여 전압분배 관계식을 구한다. 전압분배 바이어스는 단일전원으로 매우 훌륭한 바이어스 안정도를 얻을 수 있기에 매우 널리 사용된다.
E. 컬렉터 피드백 바이어스
<그림 5-1> 컬렉터 피드백 바이어스 회로
컬렉터 피드백 바이어스는 베이스 저항 RB를 전압원 VCC에 직접 연결하지 않고 컬렉터로 피드백 시킨 구조를 가지고 있으며, 컬렉터전압은 베이스-에미터 접합 JBE에 바이어스를 걸기 위한 것이다. 이러한 피드백 연결은 βDC 에 대한 영향을 줄여 매우 안정된 동작점을 얻을 수 있으며 회로 구성시 요구되는 부품의 개수가 매우 적다는 장점을 가지고 있다.
베이스 저항 RB 양단의 전압은 <그림 5-1>에서처럼 VC - VBE 이므로 베이스 전류IB는 다음과 같이 표현된다.
(5-1)
컬렉터 전압 VC = VCC - ICRC 이고 IB = IC / βDC 이므로 윗 식에 각각 대입하여 컬렉터전류에 대해 정리하면 다음과 같다.
(5-2)
식(5-2)에서 RC ≫ RB / βDC 이면 컬렉터 전류는 식(5-3)과 같이 βDC 와 무관하게 되어 주위온도 변화에도 불구하고 안정된 바이어스 동작점을 유지할 수 있다.
(5-3)
컬렉터 피드백 바이어스 회로에서 온도변화에 따른 동작점의 변화를 순차적으로 고찰하면 다음과 같다.
ⅰ. 주위 온도가 상승하는 경우
<그림 5-2> 초기온도 T0 에서의 안정화된 회로
주위 온도가 상승하는 경우 컬렉터 피드백 바이어스 회로가 초기온도 T0에서 위 <그림 5-2>과 같이 안정화 되었다고 가정한다. 만일 주위 온도가 T0에서 T1으로 상승하게 되면 트랜지스터의 βDC 는 증가하고 VBE는 감소하게 되므로, βDC 의 증가는 컬렉터전류의 증가를 유발하고 VBE의 감소는 베이스전류의 감소를 유발한다. 따라서 컬렉터전류가 증가하므로 저항 RC에서의 전압 강하가 커져 VCE는 감소하게 되며 이를 <그림 5-3>에 도시하였다.
<그림 5-3> 온도상승시 초기 회로 응답
그런데 컬렉터전류가 βDC 의 증가로 인해 증가하려는 경향을 보이더라도 VBE의 감소에 따른 베이스전류의 초기 증가를 상쇄시키는 역할을 하게 되어 결과적으로 바이어스 회로는 안정한 컬렉터전류를 유지하려는 경향을 보인다. 이를 <그림 5-4>에 도시하였다.
<그림 5-4> 온도가 T1 으로 상승시 안정화된 회로 응답
ⅱ. 주위 온도가 하강하는 경우
만일 주위 온도가 T0에서 T2로 감소하게 되면 트랜지스터의 βDC 는 감소하고 VBE는 증가하게 되므로, βDC 의 감소는 컬렉터전류의 감소를 유발하고 VBE의 증가는 베이스전류의 증가를 유발한다. 따라서 컬렉터전류가 감소하므로 저항 RC에서의 전압강하가 작아져서 VCE는 증가하게 되며 이를 <그림 5-5>에 도시하였다.
<그림 5-5> 온도 감소 시 초기 회로 응답
그런데 컬렉터전류가 βDC 의 감소로 인해 감소하려는 경향을 보이더라도 VBE의 증가에 따른 베이스전류의 증가가 컬렉터전류의 초기 감소를 상쇄시키는 역할을 하게 되어 결과적으로 바이어스 회로는 안정된 컬렉터전류를 유지하려는 경향을 보인다. 이를 <그림 5-6>에 도시하였다.
<그림 5-6> 온도가 T2 로 감소 시 안정화된 회로 응답
III. 결론
트랜지스터가 증폭기로 동작하기 위해서는 DC 바이어스가 되어 있어야 하며 바이어스 마다 각각의 특징이 있는데 간단히 요약하면 베이스 바이어스 회로는 간단한 구조를 가지기는 하나 동작점이 βDC 에 따라 크게 변하므로 안정도가 나쁘다. 에미터 바이어스는 일반적으로 동작점의 안정도가 좋기는 하지만 (+)와 (-)의 두 극성의 직류전원이 필요하다는 단점이 있다. 전압분배 바이어스는 단일 극성의 공급전압원을 이용하여 동작점의 안정도가 매우 우수한 바이어스 방식이므로 가장 널리 사용된다. 단, 베이스 입력저항의 크기에 따라 바이어스 회로의 해석이 달라진다는데 유의한다. 컬렉터 피드백 바이어스는 컬렉터의 베이스 사이에 음의 피드백을 걸어 동작점의 안정도를 높인 바이어스 회로이며 회로가 간단한 구조이다.
결국 바이어스 회로의 선택은 증폭기가 사용되는 환경에 따라 설계자가 적절하게 선택하여야 한다는 것을 본 리포트를 작성하면서 알 수 있었다.
IV. 참고사항
책 제목 출판사 저자 페이지
전자회로 생능출판사 김동식 p119～143
알기쉬운전자회로 복두출판사 김영태 외 p210～227
최신 전자회로 진영사 조재황 p77～78

키워드

트랜지스터,   바이어스,   TR,   Transistor,   Bias