증폭기 바이어스와 이득
1.실험 목적
1) 전압 분배 바이어스를 사용하여 트랜지스터를 에미터 공통 소신호 증폭기로 연결한다.
2) 에미터 공통 소신호 증폭기의 전압 이득을 측정한다.
3) 에미터 바이패스 커패시터가 전압 이득에 미치는 영향을 관찰한다.
2.실험 이론
1) 소신호 증폭기로서의 트랜지스터
에미터 공통 증폭기로 연결된 트랜지스터에서 베이스 전류가 콜렉터 전류를 제어한다. 또한 콜렉터 전류 증가량이 베이스 전류 증가량보다 훨씬 크다는 것도 안다
에미터 공통 회로에서 트랜지스터의 전류 이득은 β로 표시되는데, β는 다음과 같이 정의 된다.
이 β는 다음과 같은 바이어스 조건들에게 얻게 된다.
1) 에미터-베이스 접합은 순뱡향으로 바이어스 되어 있다.
2) 콜렉터-베이스 접합은 역방향으로 바이어스 되어 있다.
그림 1은 에미터 공통 교류 증폭기로 연결한 npn 트랜지스터의 회로이다. 독립된 두 개의 전원이사용되었는데 vbb는 베이스-에미터 접합을 순방향으로 바이어스 시키기 위해서 사용되었고, vcc는 콜렉터-에미터 접합을 역방향으로 바이어스 시키기 위해서 사용되었다
입력 신호 vin은 c1을 통하여 베이스에 인가되고, 출력 신호 vout는 콜렉터에서 측정된다. r1은 베이스-에미터 회로의 전류를 제한하기 위한 저항이다
베이스의 바이어스 전류와 동작점은 vbb와 r1에 의해 결정된다. r1이 큰 경우, 베이스 바이어스 전류 ib는 다음 식에 의해서 결정된다
여기서 베이스의 입력 저항은 매우 작기 때문에 무시되었다.
에미터 공통 회로에서는 β값에 의해서 콜렉터 전류의 제어 정도가 결정된다.c1에 의해 베이스 회로에 인가된 입력 신호 전류는 베이스 바이어스 전류에 합해져서 베이스 전류를 증가시키거나 감소시키는데, 그 결과의 전류 파형을 그림 2에 나타냈다.
트랜지스터의 비선형 부분에서 증폭기를 동작시켜 그 결과를 관찰하는 것은 유익하다.npn트랜지스터에서 콜렉터 전류 ic가 베이스-에미터 전압 vbe에 따라 그림 3과 같이 변한다고 가정한다.
아주 큰 신호가 베이스가 인가되면 비선형 동작이 일어나서 그림 4에 나타난 것처럼 피크 부분에서 신호가 평평하게 된다.이러한 경우, 양의 피크 부분은 컬렉터 특성 곡선의 비선형 영역이사영되고 있는 것을 알려 주고, 음의 피크 부분은 차단 영역이사용되고 있는 것을 알려준다.
입력 신호 전류 ib가 증폭되어 나타난 컬렉터 전류 ic가 콜렉터 회로를 통과했을 때 나타나는 출력 신호 전압은 다음 식과 같다.
2) 바이어스 방법과 안정도
그림 5는 공통 전원 vcc를 사용하는 에미터 공통 증폭기의 바이어스 방법을 보여 주고 있다. 이러한 구조는 pnp 트랜지스터의 베이스와 콜렉터가 에미터에 대해 음의 직류 전압을 가져야 가능한 것인데, 여기서 r1과 rbe로 구성된 직류 전압 배분기는 베이스 바이어스 전류를 결정한다
(이하 생략)