[트랜지스터의 바이어스 회로] 공통 에미터 바이어스 회로 - 3

 

[트랜지스터의 바이어스 회로] 양극 접합트랜지스터의 바이어스 회로 글에서

온도에 따른 트랜지스터의 특성값에 변화에 대해 트랜지스터의 동작점이 변하지 않도록 dc 바이어싱 해야 함을 공부했다. 이 점을 유의하면서 트랜지스터를 어떻게 dc 바이어싱 하는지 공부해보자.

 

1) 고정 바이어스 회로

2) 콜렉터 되먹임 바이어스 회로

3) 전압 나누기 바이어스 회로

 

공통 에미터 바이어스 회로

 

 

 

(3) 전압나누기 바이어스 회로(voltage divide)

 

 

전압나누기(voltage divide) 바이어스 회로는 안정한 바이어스를 주는 회로로써 트랜지스터 증폭기에 가장 널리 이용되고 있다.

 

 

전압나누기 바이어스 회로

 

 

 

이 그림이 전압나누기 바이어스 회로이다. 고정 바이어스 회로나 되먹임 바이어스(feedback bias) 회로에 비해 저항이 추가된 것을 확인할 수 있다.

회로에서 보듯이 R2에 떨어지는 전압에 의해 베이스-에미터가 순바이어스 상태로 유지된다.

 

그리고 전압나누기에 흐르는 전류가 베이스 전류보다 클 경우 베이스 전압이 베이스 전류의 변화에 관계없이 일정하게 유지된다.

 

그런데 베이스 전압이 일정하게 유지되더라도 콜렉터 전류가 온도에 따른 β의 변화에 따라 변할 수 있으므로 에미터 되먹임 회로로써 동작점을 안정화시킨 것이다. (콜렉터 전류와 β가 무관하게)

 

 

 

이 회로의 입력부분을 Thevenin의 정리를 이용하면 등가회로로 다시 그릴 수 있다.

 

* 테브난의 정리 : 회로분석에서 단순화 기술로 사용된다. 전압원, 전류원, 저항의 어떤 조합이라도 하나의 전압원 V와 하나의 직렬저항 R로 변환하여 전기적 등가를 설명할 수 있다. 회로는 이상적인 전압원과 이상적인 저항의 직렬연결로 구성된다.

 

Thevenin의 저항은 전원을 없앤 후의 회로의 저항이므로 R1과 R2가 병렬로 되어 있는 것을 볼 수 있다.

따라서 Thevenin의 저항 R_Th = R1 || R2 이다. 

여기서 || 는 병렬저항을 나타낸다. 

 

Thevenin의 전압은 V_Th = V_R2 = R2*Vcc / (R1+R2) 이다.

 

 

 

 

회로의 입력부분에 테브난의 정리 적용하기

 

 

 

등가회로로 정리한 회로의 입력부분에 Kirchoff 법칙을 적용하면

 

 

이고, I_E = (1+β)I_B 를 이용하여 베이스 전류에 대해 다시 정리하면 아래와 같다.

 

 

 

 

그리고 콜렉터 전류 Ic = β*I_B 이므로 콜렉터 전류에 다시 정리할 수 있다.

정리한 식의 분모에서 (1+β)R_E ≫ R_Th 의 조건이 만족되는 경우 오른쪽과 같이 표현될 수 있다.

 

 

 

 

즉, 조건을 만족할 경우 콜렉터 전류 Ic 는 β에 무관하게 되어 동작점이 안정화 된다.

 

위의 조건에서 (1+β)R_E ≒ β*R_E 이므로 β*R_E ≫ R_Th 로 고쳐 쓸 수 있다.

그리고 10배 정도이면 충분히 큰 값으로 간주될 수 있으므로 조건은 아래와 같이 다시 쓸 수 있다.

 

 

그리고 R1 ≫ R2 이므로 R_Th ≒ R2 가 되고 이에 따라 조건을 아래와 같이 다시 쓸 수 있다.

 

 

 

---

 

 

등가회로로 정리한 회로의 출력부분에 Kirchoff 법칙을 적용하면

 

 

이고 에미터 전류와 콜렉터 전류는 거의 같으므로 V_CE에 대해 다시 정리하면 아래와 같다.

 

 

이에 따라 차단점(cut-off), 포화점(saturation)의 전류를 구할 수 있고 Voltage divide 바이어스 회로의 부하선(load line)을 그려보면 아래와 같다.

 

 

 

부하선(load line)

 

 

 

고정바이어스 회로의 부하선과 feed back 회로의 부하선과 동일함을 알 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 '과학도를 위한 반도체와 전자회로의 기초' 책을 공부하여 작성 하였습니다.