바이폴라 트랜지스터 특성 실험 보고서

소개글

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목차

1. Introduction
2. Problem Statement
3. Implementation
4. Result
E1.1 디바이스 전류의 안정화(npn)
E1.2 접합 관리와 접합 전류 확인
E2.1 베이스-전류 바이어스
E2.2 베이스-에미터 고정전압 바이어싱
E3.1 전압 이득과 입력 저항
E3.2 대-신호 왜곡
5. Conclusion & Evaluation

본문내용

이 올라감에 따라 출력전압의 파형이 어떻게 변하는지 실험한다.
② Describe how do you solve the problem.
- 바이폴라 트랜지스터를 주어진 조건에 따라 설계하고, DVM과 오실로스코프를 통해 출력 전압을 파악한다. 그리고 BJT의 온도를 높여주는 것은 트랜지스터에 입김을 불어주어서 온도를 올려주고 재빨리 출력전압을 측정한다. 이번실험은 수업시간에 배웠던 바이폴라 트랜지스터의 바이어싱에 관해 직접 확인하고, 바이어스가 제대로 되지 않았을 때는 온도에 따라 출력 전압이 어떻게 변하는지 확인하는 것이다.
3. Implementation
- 바이폴라 트랜지스터와 저항을 빵판에 회로대로 설계한 뒤 전원장치를 통해 트랜지스터에 DC전압을 공급해줘서 바이어스를 한다. 그리고 DVM을 이용해 출력전압을 확인하고, small signal을 측정할 때는 파형발생기를 통해 입력전압을 인가해주고, 오실로스코프를 통해 출력파형을 얻는다.
4. Result
E1.1 디바이스 전류의 안정화(npn)
V+
V-
VB
VE
VC
RC
RB
RE
10.06V
-10.09V
-1.73V
-2.33V
4.05V
9.98kΩ
9.98kΩ
9.98kΩ
VBE
IE
IC
IB
α
β
0.6V
0.768mA
0.596mA
0.173mA
0.775
3.445
분석 : α=IC/IE로 구한 값과 β/(β+1)로 계산한 값을 비교하고 다를 경우 어느 것이 더 정확할지 설명해 보시오.
α=IC/IE -> α= 0.776 α= β/(β+1) -> α= 0.775 두 개의 값이 거의 동일하다.
E1.2 접합 관리와 접합 전류 확인
a) V-를 -5V까지 올리고 VB, VE, VC 그리고 VBE를 측정하여라. β와 α를 계산하여라.
VB
VE
VC
VBE
IB
IC
IE
α
β
-0.55V
-1.14V
6.66V
0.59V
0.055mA
0.334mA
0.389mA
0.876
7.073
b) V-는 -5V이고 V+는 +5V까지 낮추고 다시 측정하여 계산하여라.
VB
VE
VC
VBE
IB
IC
IE
α
β
-1.03V
-1.61V
2.66V
0.579V
0.103mA
0.234mA
0.339mA
0.694
2.272
분석 : Active mode 동작시 트랜지스터 출력 전류는 베이스-에미터 회로의 구성에만 영향을 받고, 컬렉터 회로에 독립적이다. 다음의 방정식을 이용하여 위의 결과 값을 가지고 n과 IS를 계산하라.
-> n = 1.123
IS = 2.49 * 10-10
불안정한 바이어스 회로
E2.1 베이스-전류 바이어스
V+
RC
RBB
RB
VA
VB
VC
10V
100kΩ
100kΩ
10kΩ
상온(tr①)
0.734V
0.535V
5.05V
온도↑(tr①)
0.735V
0.532V
4.94V
상온(tr②)
0.761V
0.540V
5.02V
온도↑(tr②)
0.744V
0.521V
4.71V
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
VA
VB
VC
상온
0.762V
0.537V
4.091V
온도↑
0.755V
0.525V
4.905V
분석 : 고정된 에미터 전류에서 베이스-에미터 전압은 온도가 1℃ 증가할 때마다 2mV씩 떨어진다. 측정 결과를 이용하여 빨대로 불어주어서 올라간 온도는 얼마인지 계산하여라.
-> 베이스-에미터 전압이 0.537V에서 0.525V로 12mV 떨어졌으므로, 6℃ 증가하였다.
E3.1 전압 이득과 입력 저항
V+
RC
RB
RS
Rg2
Rg1
10V
100kΩ
100kΩ
10kΩ
100Ω
1kΩ
υc
υb
υa
υi
υo/υb
υo/υa
υo/υi
960mV
12mV
74mV
840mV
80V/V
12.97V/V
1.14V/V
->υa 와 υb 측정
-> 입력신호와 υc 측정
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.
-> υa는 74mV 이므로 ib = 6.2uA, Rinb = υb / ib = 1.93kΩ
E3.2 대-신호 왜곡
vc의 상한값
vc의 하한값
vb의 상한값
vb의 하한값
9.40V
200mV
1.20V
400mV
-> 입력신호와 vc 측정
-> vb 측정
-> 입력전압이 클 때 FFT분석, 고조파 성분의 크기가 큼
-> 고조파 성분의 크기가 약간 큼
-> 입력전압이 작을 때 고조파 성분의 크기가 작음
도표 작성 :
υc의 왜곡이 일어날 때, 그리고 양극과 음극 피크 값의 왜곡이 발생할 때, υc, υi, υb의 값을 측정하고 오실로스코프의 파형을 삽입하시오.
->υc의 왜곡이 일어날 때
-> υc의 왜곡이 일어날 때, υb, υi 측정
->양극과 음극 피크 값의 왜곡이 발생할 때, υc와 υi
->양극과 음극 피크 값의 왜곡이 발생할 때, υb와 υi
5. Conclusion & Evaluation
-> 이번실험을 하면서 BJT의 특성을 잘 알게 되었다. 그리고 바이어스의 중요성을 직접 실험을 하면서 알게 되었다. 그리고 BJT가 입력전압이 너무 크게 되면 원하는 만큼 증폭을 시키지 못하고 출력 신호가 왜곡이 된다는 것도 알게 되었다. 실험을 하면서 트랜지스터의 온도를 올려주는 것이 있었는데, 입김을 불어도 측정을 하는 동안 온도가 조금씩 변하기 때문에, 온도가 크게 변하기 전에 측정하는 것이 가장 힘들었다. BJT는 전압이 조금만 바뀌어도 전류의 양이 비교적 크게 바뀌므로 측정하기가 어려웠다. 그래도 이번 실험은 BJT에 잘 알게 되어서 만족스러웠다.

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