Transcript (7판)5장
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Chapter 5
트랜지스터 바이어스 회로
Electronic Device (Floyd )- Ch. 5
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목
표
선형 증폭기의 DC 바이어스 개념
전압분배 바이어스 회로 해석
베이스 바이어스 회로 해석
이미터 바이어스 회로 해석
컬렉터 귀환 바이어스 회로 해석
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5-1. DC 동작점
• 트랜지스터가 증폭기로의 동작 : DC 바이어싱
• DC 동작점 : 입력단자에서의 신호의 변화가 증폭되어 출력단자에 정확하게
재생되도록 설정
• 트랜지스터 바이어싱 : 전류와 전압 조건 설정하는 것
DC 바이어스
• 바이어스 : 증폭기가 적절한 선형동작을 하기 위한 DC 동작점을 설정
반전증폭기의 선형과 비선형 동작
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그래프 해석
• IB, IC, IE, VCE를 얻기 위해 VCC와 VBB로 바이어스
그림의 화살표 방향은 반대(교재참조)
DC 바이어스된 트랜지스터 회로
• 그림 5-3의 (a)에서 VCE VCC I C RC
VBB를 조정하여 IB 값을 10V (20mA )(220)
설정하고 IC를 구한 후 10V 4.4V
5.6V
VCE를 구하면
• 그림 5-3의 (b)는
VCE VCC I C RC
10V (30mA )( 220)
10V 6.6V
3.4V
• 그림 5-3의 (c)는
VCE VCC I C RC
10V (40mA )( 220)
10V 8.8V
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1.2V
Q점 조정에 대한 설명
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DC 부하선
• IB가 증가하면 IC가 증가하고 VCE는 감소, IB가 감소하면 IC가 감소하고 VCE는 증가
• VBB 전압을 크게 하거나 작게 하면 TR의 DC 동작점은 각 Q점을 연결하는 DC
부하선을 따라 변화
• 차단점 : VCE = VCC 되는 점(즉, DC 부하선이 X축과 교차하는 점)
• 포화점 : VCE = 0V인 점(즉, DC 부하선이 Y축과 교차하는 점)
DC 부하선
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선형 동작
• 포화와 차단 사이의 모든 점을 포함하는 부하선상의 영역
• TR이 이 영역에서 동작하면 출력전압은 입력전압이 선형적으로 증폭되어 출력
선형 동작에 대한 설명
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파형 왜곡
• 부하선상의 Q점의
위치에 따라 파형이 왜곡
• 입력신호가 너무 클
경우에도 출력파형이 왜곡
• 왜곡없는 출력을 위해
부하선의 중심에 Q점이
위치해야 하고, VCE의
최대, 최소 첨두값을
0.95~0.55VCC 까지만 변화
부하선을 이용한 TR의 차단과 포화
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5-2. 전압분배 바이어스
• 트랜지스터 바이어스 : VCC와 VBB 사용
• 바이어스의 실용적인 방법 : 단일전원 사용 ← 전압분배 바이어스
그림의 화살표 방향은 반대(교재참조)
전압분배 바이어스
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간략화된 전압분배 바이어스
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베이스 입력 저항
• TR의 베이스에서의 DC 입력저항은
RIN ( base)
VIN
I IN
베이스-이미터 회로에 KVL을 적용하면
VIN VBE I E RE
VBE I E RE라 하면
VIN I E RE이므로
I E I C β DC I B이고
입력 전류가 베이스 전류이므로
I IN I B
그러므로 RIN ( base)
VIN DC I B RE
I IN
IB
β DC RE
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DC 입력 저항
그림의 화살표 방향은 반대(교재참조)
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전압분배 바이어스 회로의 해석
베이스에서의 입력 저항 : RIN (base) β DC RE
베이스에서 접지까지의 전체저항 : R2 RIN (base)
RIN (base) β DC RE를 대입하면 R2 β DC RE
그림 (b)와같이 연결하여 전압분배공식을 적용한 후
베이스 전압을 구하면
R2 β DC RE
V
VB
R ( R β R ) CC
2
DC E
1
여기서 β DC RE R2라 가정하면
R2
VB
R1 R2
npn TR의 전압분배 바이어스
VCC
이미터 전압은 VE VB VBE , 이미터 전류는 I E
VE
RE
컬렉터 전류는 I C I E ,컬렉터 전압은 VC VCC I C RC
VCE VC VE
KVL을 이용하여 VCE 를 I C변수로 표현하면
VCC I C RC I E RE VCE 0 , 여기서 I C I E이므로
VCE VCC I C RC I C RE VCE VCC I C ( RC RE )
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전압분배 바이어스의 안정도
• 전압분배 바이어스 회로의 다른 해석 : 테브난 정리를 이용 -> 회로의 안정도 평가
점 A의 왼쪽에 테브난의 정리를 적용하여
테브난 등가 전압은
R2
VCC
VTH
R
R
2
1
테브난 등가 저항은
RR
RTH 1 2
R1 R2
테브난 등가 회로를 베이스에 연결 그림 (b)
전압분배 바이어스 회로의 테브난 등가회로
베이스 이미터 루프에 KVL을 적용하면
VTH VRTH VBE VRE 0 VTH I B RTH VBE I E RE
I B대신 I E / DC를 대입하면
I E에 대해 정리하면
IE
VTH I B ( RE RTH / DC ) VBE
VTH VBE
RE RTH / DC
만일 RE RTH / DC이면 I E
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VTH VBE
RE
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pnp TR의 전압분배 바이어스
전압분배공식을 적용하여 베이스 전압을 구하면
R1
V
VB
R ( R β R ) EE
2
DC E
1
여기서 β DC RE R2라 가정하면
R1
VEE
VB
R1 R2
pnp TR의 전압분배 바이어스
이미터 전압은 VE VB VBE
이미터 전류는 I E
VEE VE
RE
컬렉터 전압은 VC I C RC
VEC VE VC
pnp TR의 전압분배
바이어스 해석
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5-3. 다른 종류의 바이어스 방법
베이스 바이어스
• 베이스 바이어스 – 릴레이 구동회로에 사용
베이스에 KVL을 적용하면 VCC VRB VBE 0
VRB대신에 I B RB를 대입하면
IB
VCC I B RB VBE 0
VCC VBE
RB
베이스 바이어스
컬렉터에 KVL을 적용하면 VCC I C RC VCE 0 VCE VCC I C RC
I B에 관한 식을 I C DC I B에대입하면
VCC VBE
I C DC
RB
• Q점 안정도 – IC가 βDC에 의존하므로 βDC 변화가 IC를 변화시키고, IC의 변화가
VCE를 변화시킴으로써 TR의 Q점을 변화시킴.
• 베이스 바이어스 회로는 βDC에 의존하게 되어 매우 불안정
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이미터 바이어스
• 이미터 바이어스 – 정(+)과 부(-)의 두 개의
전원 사용
베이스 - 이미터 회로에 KVL을 적용하면
VEE VRB VBE VRE 0
VRB ,VRE 대신에 I B RB , I E RE를 대입하면
VEE I B RB VBE I E RE 0
베이스 바이어스
VEE에대해 정리하면
I B RB VBE I E RE VEE
I C I E , I C DC I B이므로 I B
IE
DC
IE
DC
R
RB I E RE VBE VEE I E B RE VBE VEE
DC
VEE VBE
VEE VBE
IE
, I C I E이므로 I C
RE RB / DC
RE RB / DC
접지에 대한 이미터 전압은 VE VEE I E RE
접지에대한 베이스전압은 VB VE VBE
접지에대한 컬렉터 전압은 VC VCC I C RC
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이미터 바이어스의 Q점 안정도
I E로 부터 이미터 바이어스 회로는 VBE와 DC에따라 변화
VBE와 DC는 온도 및 전류에 따라 변화
IE
VEE VBE
RE RB / DC
만일, RE RB / DC이면 RB / DC는 무시
IE
VEE VBE
RE
이 조건은 I E가 DC에 무관하게 만듦
만일, VEE VBE라면 VBE는 무시
IE
VEE
RE
이 조건은 I E가 VBE에 무관하게 만듦
I E가 DC와 VBE에 무관하게 되면 Q점은 이들 변수의 변화에 무관
따라서,이미터 바이어스는 적절하게 설계되면 안정된 Q점 설정 가능
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컬렉터 귀환 바이어스
• 베이스 저항 RB를 VCC에 연결하지 않고, 컬렉터에 연결
• 컬렉터 전압은 베이스-이미터 접합에 바이어스를 제공
• 부귀환은 Q점을 안정시키려는 오프셋 효과를 만듦
• IC가 증가하면 RC양단의 전압강하가 커져 VC가 감소 → VC가 감소하면 RB양단의
전압이 감소하여 IB가 감소 → IB의 감소는 IC가 감소되어 RC 양단의 전압을 감소 →
VC의 감소를 상쇄
베이스 전류는 I B
VC VBE
RB
그림의 화살표 방향은 반대(교재참조)
I C I B라고 가정하면 컬렉터 전압은
VC VCC I C RC 이고, I B
I B와 VC를 I B
IC
DC
IC
DC
VC VBE
에 대입하면
RB
VCC I C RC VBE
I R
C B I C RC VCC VBE
RB
DC
I C를 구하면 I C ( RC RB / DC ) VCC VBE
IC
VCC VBE
RC RB / DC
이미터가 접지되어 있으므로 VCE VCC I C RC
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베이스 바이어스
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온도에 대한 Q점 안정도
DC는 온도에 따라 변하고 VBE는 온도에 따라 역으로 변함.
컬렉터 귀환 회로에서 온도가 상승함에 따라
DC는 커지고 VBE는 감소 DC의 증가는 I C를 증가
VBE의 감소는 I B를 증가시켜 I C를 증가
I C가 증가하는 만큼 RC양단의 전압도 증가
컬렉터 전압 VC를 감소 RB양단의 전압도 감소
I B는 감소하게되어 I C와 VC를 감소시켜 상쇄작용
컬렉터 귀환회로는 상대적으로 안정한 Q점을 유지
온도가 감소할 때는 반대 작용
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