예비_BJT 전류-전압 특성 및 바이어스 회로

소개글

예비_BJT 전류-전압 특성 및 바이어스 회로에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1 Pre-Lab(예비실험): 기본 이론 조사
2 Pre-Lab(예비실험): Multisim 사용한 모의 실험(시뮬레이션)
3 Pre-Lab(예비실험): 실험 절차
4 Pre-Lab(예비실험): 검토 및 느낀점

본문내용

Vbe 그러므로, IB = (Vcc - Vbe)/RB
Vcc가 RB의 값에 따라 고정되어 있으므로, 베이스 전류 IB는 변하지 않는다. 그래서 이러한 바이어스 종류를 고정 바이어스라고 부른다. 또한 이 회로에서는 Vcc = ICRC + Vce이므로, Vce = Vcc - ICRC이다.
공통 이미터 전류 이득은 회로를 구성할 때 중요한 요소중 하나이다. (각 트랜지스터의 데이터 시트에 나와있음.) 여기서는 β라고 나타냈다. IC = βIB이기 때문에 IC도 구할 수 있다. 같은 방법으로 작동지점 (Vce,IC)도 설정 될 수 있다. 베이스 저항 (RB)을 바꿈으로써 active region(작동 영역)안에서는 작동 지점을 얼마든지 바꿀 수 있다는 장점이 있다.
콜렉터 전류는 온도나 전원의 공급 전압에 의해 바뀌므로 일정하지 않게 된다. 그러므로 작동 지점이 불안정하게 된다. Vbe가 변하면 IB도 같이 변하게 된다 그러므로 IE도 다같이 변하게 된다. 이것이 결국 이득(gain)값을 변하게 한다. 트랜지스터가 다른걸로 바뀐다면 β값의 변화가 크다. 이 변화가 작동지점을 많이 바꾼다.
이미터 바이어스
한 쪽 (Collector)에는 정(+)의 전압원, VCC 다른 한쪽 (Emitter)에는 부(-)의 전압원,
에 순방향 바이어스 전압을 공급해준다. ⇒ 2개의 DC 전원 사용
주위 온도 변화에 따른 βDC의변화는에미터전류에는아무런 영향을 미치지 않으므로
동작점 Q는 온도에 영향을 받지 않아 상당히 안정된 동작점을 제공한다.
이미터 바이어스 회로를 사용하는 주된 이점은 트랜지스터의 β값이 회로의 직류전압에 대한 영향이 작다는 점이다. 이 회로는 2개의 바이어스 전원을 사용하는데 VEE의 전압은 RE, RB 및 V로 분배되어진다.
전압분배 바이어스
전압 분배라는 것은 외부 저항 R1과 R2를 사용하는 것이다. 저항 R2에 걸리는 전압은 이미터 접합에서 순방향 바이어스 이다. 저항 R1과 R2를 잘 선택함에 따라, 트랜지스터의 작동점을 β에 무관하게 만들 수 있다. 이 회로에서, 전압 분배기는 베이스 전압을 베이스 전류에 관계없이 고정시키는 역할을 한다. 하지만 베이스 전압이 고정되있어도 컬렉터 전류는 온도 등에 따라 바뀌게 된다. 그러므로 안정화 시키기 위해 이미터 저항을 추가한다.
이 회로에서 베이스 전압은 다음과 같이 주어진다
사이의 전압 (이라 가정)
또한 이다. (여기서 는 다이오드 특성으로 일반적으로 2차 근사에서 0.7V로 여긴다.)
이 회로에 대하여
다른 회로들과 다르게, DC 전압만이 필요하고, 작동점이 β의 변화에 거의 무관하다. 또, 작동점이 온도의 변화게 거의 무관하다.이 회로에서, 를 에 무관하게 유지시키기 위해서는 의 조건을 충족시켜야 한다.
컬렉터 피드백 바이어스
컬렉터 피드백 바이어스는 열 폭주(thermal runaway)를 막고 작동지점을 안정성을 높이기 위해 쓰는 방법이다. 이 바이어스 방법에는 베이스 저항이 DC 전압원에 연결되는 대신 컬렉터에 연결된다. 그러므로 열 폭주가 저항사이의 전압을 강하시킨다.
키르히호프의 법칙에 의해, 베이스 저항에 걸린 전압은
가 된다.
Ebers-Moll 모델에 의하면,, 그러므로
이다.
옴의 법칙에 의해, 베이스 전류, 그러므로
그래서 베이스 전류는
2 Pre-Lab(예비실험): Multisim 사용한 모의 실험(시뮬레이션)
■ 모의실험회로 1-a : BJT 전류-전압 특성
NPN BJT 의 직류 전류이득 βDC 계산값
직류 전류이득 βDC (계산 값)
10
1.374
137.40
20
2.981
149.05
30
4.629
154.30
40
6.276
156.90
50
7.905
158.10
60
9.509
158.48
70
11.085
158.36
80
12.63
157.88
90
14.146
157.18
100
15.631
156.31
■ 모의실험회로 1-b : BJT 전류-전압 특성
PNP BJT 의 직류 전류이득 βDC 계산값
직류 전류이득 βDC (계산 값)
5
0.584
116.80
10
1.217
121.70
15
1.855
123.67
20
2.489
124.45
25
3.117
124.68
30
3.739
124.63
35
4.352
124.34
40
4.957
123.93
45
5.555
123.44
■ 모의실험회로 2-1 : BJT 바이어스 회로 (베이스 바이어스)
이론(계산)값
시뮬레이션 값
11.3
11.435
8.664
8.113
1.53
1.767
■ 모의실험회로 2-2 : BJT 바이어스 회로(이미터 바이어스)
이론(계산)값
시뮬레이션 값
15.6
15.377
8.57
8.549
2.47
2.478
■ 모의실험회로 2-3 : BJT 바이어스 회로(전압분배 바이어스)
이론(계산)값
시뮬레이션 값
11.94
11.99
5.93
6.053
1.89
1.855
■ 모의실험회로 2-4 : BJT 바이어스 회로 (컬렉터 피드백 바이어스)
이론(계산)값
시뮬레이션 값
8.72
9.724
1.56
1.648
1.38
1.359
3 Pre-Lab(예비실험): 실험 절차
1. NI ELVIS II 전원 On
2. Bread Board에 실험회로를 구성
3. PB 전원 On
4. ELVIS Instrument Launcher를 켜고 DMM을 실행
5. DMM에서 측정할 종류를 선택하고 Run
6. 실험 종료 후 PB 전원 Off
7. 구성한 회로를 분리 및 정리
8. ELVIS II 전원 Off
4 Pre-Lab(예비실험): 검토 및 느낀점
PNP형 BJT와 NPN형 BJT의 동작원리 및 영역, 특성그래프를 이론조사로 미리 알게되었고 ,그것을 토대로 멀티심으로 실험을 해보니 더 이해가 잘되었다. 또, 바이어스에 따른 베이스 바이어스, 이미터 바이어스, 전압분배 바이어스, 컬렉터 피드백 바이어스를 동작점 및 여러 수식들을 알게되었다. 그리고, 직류 전류이득에 대해서 자세하게 알게 되었고, 전자회로 이론 수업시간에서 현재 배우고 있는 내용이라 더 흥미롭게 조사하였다. 멀티심을 통해 여러 가지를 실험을 하다보니 자연스럽게 트랜지스터를 배우는데 많은 도움이 되었다.

키워드

멀티심,   전자회로실험,   전자회로설계,   회로,   예비보고서