트랜지스터 직류바이어스 결과레포트

소개글

트랜지스터 직류바이어스 결과레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Title

2. Environment

3. Abstract

4. Experiment Result

5. Analysis

6. Conclusion

7. Reference

본문내용

이어스 형태로 양(+)과 음(-)의 두 개의 전원과 베이스 전압을 접지로 만드는 하나의 바이어스 저항으로 구성
3) 전압분배 바이어스
전압 분배기(Voltage-divider)바이어스는 동작점의 안정도가 우수하여 트랜지스터 바이어스 방법으로 가장 광범위하게 사용된다.
<그림 4-1>에서 베이스에 인가되는 전압은 저항성 전압분배기에 의하여 적절한 값으로 분배되어 인가된다.
<그림 4-1> 전압 분배기 바이어스 회로
그런데 베이스 단자로 흘러 들어가는 전류는 수 μA정도이므로 베이스전류를 무시한다면 베이스 단자에 걸리는 전압은 전압분배기에 의해 저항 R2에 분배되는 전압이므로 다음과 같다.
(4-1)
베이스 단자전압을 결정하였기 때문에 베이스-이미터 접합 JBE가 순방향으로 바이어스 된다는 사실에 착안하면 이미터 단자전압 VE는 VB - VBE 가 된다. 이미터전압이 결정되면 이미터 가지저항 RE에 흐르는 전류도 옴의 법칙(Ohm\'s Law)을 이용하여 다음과 같이 결정할 수 있다.
(4-2)
IE(즉, IC)가 결정되면 VC와 VCE는 다음 식으로 구할 수 있게 된다.
(4-3)
<그림 4-2> 테브난 등가 바이어스 회로
전압분배기 바이어스는 온도 변화에 따른 동작 점의 변화가 매우 미미하여 안정화된 동작 점을 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 베이스 단에 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-이미터 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 전압 원으로 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 10배미만이 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.
4) 콜렉터 공통 구성 (CC BJT)
※ 컬렉터궤환 바이어스
부궤환 : 출력의 일부분을 입력으로 되돌려 입력 값의 변화율을 줄여서 안정된 출력을 보장하며 결과적으로 안정된 Q값을 보장
예) 온도가 상승 → IC 증가 → VC 증가 → VB 감소 → IB 감소 →IC 감소
4. Experiment Result
베이스 바이어스 VCC = 11V, RB = 100 k, RC = 51, TR = 2N3904(NPN Tr)
측정량
측정값
이론값
VRB (V)
9.8
10.3
IB (uA)
0.101
0.103
IC (mA)
20
18.03
VCE (V)
1.9
1.8
① ② ③
④ ⑤
이미터 바이어스 VCC = 10V, VEE = -10V, RB = 51k, RC = 3k, RE = 2.4k * 2(4.8 k) TR = 2N3904(NPN Tr)
측정량
측정값
이론값
VRE (V)
9.5
9.3
IC IE (mA)
1.97
1.94
VRC(V)
7.0
5.82
VCE(V)
4.1
3.4
① ② ③
④ ⑤ ③
5. Analysis
점이 직류 부하선상에 있지 않으면 파형의 왜곡현상이 나타난다. 트랜지스터 바이어스 회로에는 베이스는 회로구성이 간단하지만 동작점이 온도에 민감하여 바이어스가 안정적이지 못하다. 에미터는 주위온도에 영향을 적게 받아서 바이어스가 안정적이다. 전압분배는 온도변화에 따른 동작 점의 변화가 매우 미미하여 안정화된 동작 점을 제공하지만 회로가 복잡한 단점이 있다. 컬렉터 피드백은 의 영향을 줄여 매우 안정된 동작점을 얻을 수 있다. 주변온도의 변화가 있다면 바이어스 동작점은 온도 상승을 할 경우 동작점이 위로 상승(증가하고 는 감소)하고 온도 하강하면 동작점이 아래로 하강(감소하고 는 증가)한다.
6. Conclusion
이번 실험은 이미터 바이어스와 콜렉터 궤환 바이어스의 직류 동작점을 결정하는 방법을 알아보는 실험 이었다. 여러 가지 회로들을 가지고 실험을 하며 어떤 조건에 의해 실험 전압, 전류 값이 변하는가를 관찰할 수 있었다. 이론적인 계산과 실험 절차가 모두 정확하나 실험 외부요소의 영향을 받아 오차가 발생하는 경우가 꽤 많이 있어서 실험하는데 약간의 어려움이 있었다. 지난 실험에 이어 이번 실험 역시 이론적인 공부가 많이 부족하다는 것을 깨 닳았다. 이론공부를 조금 더 신경 써야겠다.
7. Reference
(1) http://blog.empas.com/loveimgok/ (엠파스 블로그)
(2)
http://cafe.naver.com/goondae.cafe?iframe_url=/ArticleList.nhn%3F%26search.boardtype=L%26search.menuid=124%26search.clubid=10797658%26search.totalCount=31%26search.page=3 (네이버 카페)
(3) 대학 기초전자실습
※ 저자 : 이희규 / 최승덕 / 최영희 / 서강수
※ 발행처 : 복두출판사
(4) 최신 전자회로
※ 저자 : 신윤기
※ 발행처 : 인터비젼

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