BJT와 저항을 이용하여 Inverter 및 Nor-gate 를 설계

소개글

BJT와 저항을 이용하여 Inverter 및 Nor-gate 를 설계에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1장 Overview
2장 Hand Calculation
3장 Pspice Simulation
4장 실험결과

본문내용

는 식 (5-2)와 같다.
그림 3의 회로는 point by point 방법을 이용한 에미터 공통형 NPN 트랜지스터의 특성 곡선을 측정하는 회로이다. (NPN형의 경우에는 전원과 전류계의 극성이 반대인 회로를 이용한다.) 이 회로에서 베이스 전류는 저항 R1을 조정하여 특정한 값을 조정해 놓고 VCE를 변화시키면서 IC를 측정함으로써 특성 곡선을 구한다.
전류계 M1은 베이스 전류를 나타내며, 저항 R1은 IB의 일정한 범위를 유지하는 데 사용한다. 전류계 M2는 콜렉터 전류를 측정하며, 전압계 M3은 콜렉터 전압을 측정한다. 먼저 선정된 각각의 콜렉터 전압을 인가해 놓고 콜렉터 전류를 측정하여 기록한다.
그 결과를 표시해서 그래프로 그린다. 베이스 전류를 다른 값으로 일정하게 유지 하면서 위의 과정을 반복하여 곡선군을 얻는다. 에미터 공통 연결의 NPN 트랜지스터 특성 곡선을 구할 경우 좀 더 빠른 방법은 그림 4의 회로를 사용하는 것이다.
그림 4를 이용하면 특성 곡선을 오실로스코프에 표시할 수 있다. 곡선 근을 얻기 위해서 저항 R2를 미리 정해진 베이스 전류값이 되도록 연속하여 조정하고, 그때 나타나는 곡선을 차례대로 표시한다. 베이스에서 에미터로의 입력 회로는 일반적인 회로이지만 출력 회로는 설명이 필요하다. 콜렉터 - 에미터 접합에는 직류 전압이 인가되지 않는 대신에, 변압기 T와 다이오드 D의 동작 결과로써 에미터에 전달되는 맥동성의 직류 전압에 의해 전원을 공급받는다.
변압기 T는 120V 교류 직선으로부터 동작되는 감쇠 필라멘트 변압기인데 2차 측에 6.3Vrms를 공급한다. 2차측에 대한 극성이 그림 4과 같을 때, 다이오드 D가 입력 전압의 반주기 동안 효과적으로 동작하여 에미터에서 콜렉터의 출력 회로는 동작이 완료된다. 출력 회로에 인가된 맥동성 전압(콜렉터는 에미터에 대해 양의 값)의 극성은 콜렉터 전류에 대해 적당한 것이어야 한다. 저항 R3(100Ω)는 콜렉터 회로에 영향을 주지는 않지만. 콜렉터 회로를 통과하는 전류 흐름은 R3에서 전압 강하를 유발한다.
따라서 R3에 나타난 순서 전압값은 콜렉터 전류의 순서값에 비례한다. R3에 걸리는 전압값은 오실로스코프의 수직 입력 단자에 가해지므로 오실로시ㅡ코프 빔의 수직편향은 콜렉터 전류의 순서값에 비례한다.
콜렉터 -에미터 접합의 전압은 오실로스코프의 수평 입력 단자에 인가된다. 따라서 오실로스코프 빔의 수평 편향은 이 전압의 변화에 비례한다. 오실로스코프에 나타나는 것은 특정한 베이스 전류에 대해 콜렉터 전류(수직)대 콜렉터 전압(수평)의 그래프이다. 앞서 설명한 것처럼 교류의 첫 번째 반 사이클에서 콜렉터 전류가 흐른다. 두 번째 반 사이클에서 다이오드는 개방 회로처럼 동작하므로 콜렉터 - 에미터 접합에는 어떤 전류도 흐르지 않는다. 다이오드 D가 회로를 차단하지 못했을 경우 콜렉터에 걸린 순방향 바이어스가 트랜지스터를 파괴시키기 때문에 이러한 안전장치는 필수적이다. PNP인 경우 전원과 다이오드의 극성은 역으로 된다.
(6) 커브 트레이서
트랜지스터 커브 트레이서는 외부의 시험 회로를 필요로 하지 않는다. 트랜지스터를 커브 트레이서의 소켓에 꽂는다. 커브 트레이서를 조정하는 데 필요한 동작 전압과 전류는 매뉴얼에 명시되어 있다. 커브 트레이서의 디스플레이 화면에는 트랜지스터 특성 곡선이 그래프로 표시된다. 커브 트레이서의 제어 단자를 적당히 조정함으로써 그림 2의 전체 특성군을 표시할 수 있다. 커브 트레이서에 일반적인 오실로스코프의 기능은 없지만, 외형적으로 오실로스코프와 비슷하다. 오실로스코프에 접속 가능한 간단한 커브 트레이서도 시판되고 있다. 오실로스코프 카메라는 오실로스코프와 커브 트레이서의 화면을 사진으로 나타내는 데 유용하다.
(7) 독립된 두 개의 전원장치
반도체 소자를 다룰 때 두 개의 독립적인 전원 장치를 사용하는 것이 필요할 때가 있다. 두 개의 전원 장치는 편리하게 전원을 공급하는데, 여기서 각 전원 장치는 각각 제어가 가능하며, 독립적인 전원의 하나 또는 둘 다(A 또는 B)를 선택할 수 있는 모드 스위치가 있다. 하나의 모드에서 A장치로부터 두 개의 전원을 제어하는 것이 가능한데, 그 모드에서 각 전원의 출력 전압은 정확히 동일하지만 각 극성은 Q의 경우 양의 극성으로, B는 음의 극성으로 다르다. 이 특성은 차동 증폭기와 OP Amp를 동작시키는 데 편리하게 이용한다.
C. 설계 사양
(1) 회로의 신뢰성
▶ Breadboard를 제작하여 3회 이상 시험하여 모두 동작하면 통과.
▶ 이론값과의 오차를 측정하여 동작 범위를 설정함.
(2) 회로구현의 시간과 재현성
▶ 회로를 설계함에 있어서 누구나 설계도를 보았을 때 적은 시간을 들여서 높은 품질의 회 로를 재현할 수 있도록 설계해야한다.
2장 Hand Calculation
3장 Pspice Simulation
1) BJT와 R로 구성된 회로(Inverter)
<회로 1> Pspice로 구현(VI=0V) simulation 결과 Vo=5v
<회로 1> Pspice로 구현(VI=5V) simulation 결과 Vo≒0V
2) BJT와 R로 구성된 회로(Nor-gate)
<회로 2> Pspice에 구현 (VI1=VI2=0V)
simulation 결과 Vo=5v
<회로 2> Pspice에 구현 (VI1=5V, VI2=0V)
simulation 결과 Vo≒0v
<회로 2> Pspice에 구현 (VI1=0V, VI2=5V)
simulation 결과 Vo≒0v
<회로 2> Pspice에 구현 (VI1=VI2=5V)
simulation 결과 Vo≒0v
4장 실험결과
1) BJT와 R로 구성된 회로(Inverter)
<회로 1> Bread Board에 구현
<결과 1> VI=0V, Vo=5V <결과 2> VI=5V, Vo=0V
2) BJT와 R로 구성된 회로(Nor-gate)
<회로 2> Bread Board에 구현
<결과 1> VI1=VI2=0V, Vo=5V <결과 1> VI1=5V, VI2=0V, Vo=0V <결과 3> VI1=0V, VI2=5V, Vo=0V <결과 4> VI1=5V, VI2=5V, Vo=0

키워드

bjt,   inverter,   Pspice,   Nor-gate,   digital logic,   NOT Gate,   설계,   논리회로