Transcript (7판)5장
1 Chapter 5 트랜지스터 바이어스 회로 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 2 목 표 선형 증폭기의 DC 바이어스 개념 전압분배 바이어스 회로 해석 베이스 바이어스 회로 해석 이미터 바이어스 회로 해석 컬렉터 귀환 바이어스 회로 해석 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 3 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 4 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 1.2V Q점 조정에 대한 설명 5 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 6 선형 동작 • 포화와 차단 사이의 모든 점을 포함하는 부하선상의 영역 • TR이 이 영역에서 동작하면 출력전압은 입력전압이 선형적으로 증폭되어 출력 선형 동작에 대한 설명 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 7 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 8 5-2. 전압분배 바이어스 • 트랜지스터 바이어스 : VCC와 VBB 사용 • 바이어스의 실용적인 방법 : 단일전원 사용 ← 전압분배 바이어스 그림의 화살표 방향은 반대(교재참조) 전압분배 바이어스 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 간략화된 전압분배 바이어스 9 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 DC 입력 저항 그림의 화살표 방향은 반대(교재참조) 10 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 ) Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 11 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 VTH VBE RE 12 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 13 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 14 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 15 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 16 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 베이스 바이어스 17 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 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5 18 Electronic Device (Floyd )- Ch. 5