[전자회로]- [bjt]바이폴라 트랜지스터의 원리 : npn 바이폴라 트랜지스터의 특성 이해

소개글

[전자회로]- [bjt]바이폴라 트랜지스터의 원리 : npn 바이폴라 트랜지스터의 특성 이해에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험주제

2. 실험 목표

3. 부품과 실험장치

4. 실험 절차 및 결과
• 저항계를 사용한 바이폴라 트랜지스터의 단자 확인
E1.1 디바이스 전류의 안정화(npn)
E1.2 접합 관리와 접합 전류 확인
E2.1 베이스-전류 바이어스
E2.2 베이스-에미터 고정전압 바이어싱
• 증폭기로서의 BJT
E3.1 전압 이득과 입력 저항

5. 고찰

본문내용

에 따라 바이어스 전류가 변하는 특성을 보기 위한 것임).
d) 트랜지스터를 제거하고, 새로운 트랜지스터를 넣은 뒤 VC를 측정하여라. (소자에 따라 동일 회로에서 바이어스 전류가 변하는 특성을 보기 위한 것임)
[시뮬레이션 한 예상값]
V+
RC
RBB
RB
VA
VB
VC
10.042V
9.99kΩ
97.77kΩ
9.868kΩ
상온
684.6mV
654.7mV
5.025V
온도↑(tr①)
676.9mV
645.8mV
4.303V
온도↑(tr②)
625.9mV
591.3mV
2.489V
- 온도를 높이면 의 값이 올라가므로 exponential 부분의 값은 작아지지만 가 올라갈 때마다 두 배씩 증가하므로 전류 가 증가한다. 따라서 각 노드의 전압은 줄어든다.
그림 4.3 특성이 불안정한 베이스-전류-바이어스 회로
분석 : 이 회로는 β 의존도가 큼을 상기하라. 디바이스의 교체나 온도변화에 따라 β가 변함으로써 VCE가 많이 변한다. 그리고 β가 클 경우는 쉽게 포화가 된다. 실제로 가장 좋은 트랜지스터는 β가 ∞인데 이 경우 위 회로는 전혀 동작하지 않게 된다. 따라서 위 회로는 좋지 않은 회로이다.
E2.2 베이스-에미터 고정전압 바이어싱
목표 : 고정-전압 바이어스 디자인의 문제점을 실제로 실험해본다.
그림 4.4 결함 있는 베이스-전압-바이어싱 회로
실험장치 :
○ 그림 4.4의 회로를 꾸며라.
[시뮬레이션 한 예상값]
측정 : 정확한 실험결과를 위해 사용할 저항의 값을 미리 측정하라.
a) 노드 C의 전압이 5V가 되도록 전위차계 RP를 조정하여라.
b) DVM을 사용하여 VA, VB를 측정하여라.
c) VC를 측정하는 동안에, 빨대를 통하여 입김을 불어 온도를 올려라.
VA
VB
VC
상온
682.0mV
654.3mV
4.9945V
온도↑
681.3mV
648.0mV
3.7111V
- 이 실험도 온도를 높이면 의 값이 올라가므로 exponential 부분의 값은 작아지지만 가 올라갈 때마다 두 배씩 증가하므로 전류 가 증가한다. 따라서 각 노드의 전압은 줄어든다.
분석 : 고정된 에미터 전류에서 베이스-에미터 전압은 온도가 1℃ 증가할 때마다 2mV씩 떨어진다. 측정 결과를 이용하여 빨대로 불어주어서 올라간 온도는 얼마인지 계산하여라.
- 의 전압이 0V 이므로 이다. 따라서 654.3mV - 648.0mV = 6.3mV 이므로
약 증가했다.
증폭기로서의 BJT
그림 4.5의 회로는 베이스-전류와 베이스-전압 바이어싱의 조합으로 좋지 않은 바이어스 회로이지만, 환경이 안정될 때는 특정 트랜지스터의 이득을 측정하는데 상대적으로 편리하다. 사실 가변저항 RP의 존재는 이상적인 디자인과는 거리가 있다.
그림 4.5 바이어스가 불안하나 다른 면에서는 흥미로운 증폭기
E3.1 전압 이득과 입력 저항
목표 : BJT 증폭기의 중요한 기본 성질을 조사한다.
실험 장치 :
○ 그림 4.5의 회로를 구성하여라.
○ 아주 작은 신호를 측정할 때를 제외하고 파형발생기로부터 나오는 신호는 10x 프로브를 가지고 측정하도록 한다.
측정 :
a) υi를 접지 또는 오픈 시키고 노드 C의 직류 전압이 5V가 되도록 RP를 조정하라.
b) υi가 1000Hz의 사인파일 때, 노드 I와 C를 측정하라, υc 의 피크 값이 1V인 사인파가 되도록 입력 신호의 크기를 조정하여라.
[υc 의 피크 값이 1V인 사인파] [피크값을 1V가 되게 하는 입력전압]
c) 노드 I, A 그리고 B에서 신호의 피크 값을 측정하라. (값이 작아지므로 필요에 따라 1배율의 탐침을 사용 할 것)
[노드 I의 피크값 = 128mV] [노드 A의 피크값 = 12.4mV]
왼쪽 그림은 노드 B의 파형인데 오실로스코프에서 SCALE을 1mV로 해야 이론값과 비슷하게 나오고 그 이상의 값은 이론값과 두배 이상의 차이를 보였다. 따라서 SCALE이 1mV일 때의 파형으로 그림을 삽입하였다. 피크값은 5.12mV이다.
V+
RC
RB
RS
Rg2
Rg1
10.042V
9.99kΩ
97.77kΩ
9.868kΩ
99.3Ω
986Ω
υc
υb
υa
υi
υo/υb
υo/υa
υo/υi
1.04V
5.12mV
12.4mV
128mV
203.125
83.870968
8.125
- 오실로스코프에서 peak to peak 값이 파형으로 나타나기 때문에 위의 표와 같은 결과가 나왔다. 가 128mV일 때 가 1.04V가 나왔으므로 약 8.125배의 증폭이 이루어진 것을 알 수 있다.
분석 : BJT회로의 증폭기로서의 전반적인 동작을 생각해보아라. 전압 이득 υo/υb, υo/υa, υo/υi 그리고 베이스로 흐르는 전류 ib(RS를 통하여) 그리고 나중에 Rinb(베이스입력저항)를 계산하여라. υo/υa는 소스부터 내부저항 RS=10㏀로 인한 이득이다. υo/υa는 기본적인 BJT 이득이다. 보통 어떤 신호는 바이어스 회로(RB)에서 잃어버리게 된다, 그러나 RB>>Rinb이기 때문에 실제 손실은 작다.
- υo/υb = 83.871, υo/υa = 203.125, υo/υi = 8.125, ,
5. 고찰
이번실험은 BJT를 이용한 첫 실험 이였습니다. 이전 다이오드등의 실험보다 훨씬 계산식도 많고 소자를 이해하는데 어려움이 있어 예비보고서를 참 어렵게 준비하였었는데 확실히 준비에 오랜 시간을 투자 한 만큼 실제 실험은 쉽게 진행 할 수 있었습니다.
실제 실험에서는 예비보고서에서는 알 수 없었던 소자의 온도에 대한 특성을 파악해보는 것이 흥미로웠습니다. 처음에는 ‘빨대로 입김을 불어가지고 얼마나 영향이 있을까?‘ 하며 의구심을 갖았었는데 실제로 실험해보니 이런 작은 변화에도 영향을 받는 것을 보고 온도가 얼마나 소자에 중요한 영향을 미치는지도 확실히 이해할 수 있었습니다.
이번 결과 보고서에는 ‘실험 전 예상했던 결과‘ 와 ’실제 실험을 통해 얻게된 고찰‘ 에 대해서 비교해 보았는데 이 부분을 조원들과 작성하면서 우리의 예상과 달랐던 부분에 대해 토론하거나 단순히 이론적인 예상들이 실제 실험데이터에서도 적용되는 것을 보면서 좀더 BJT소자에 대해 이해하게 되고 이론적으로도 복습하는 시간이 되었습니다.

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