본문내용
1. BJT의 이미터 및 컬렉터 귀환 바이어스
1.1. 실험방법
1.1.1. 이미터 바이어스 구조: beta 결정
BJT의 이미터 바이어스 구조에서 베타를 결정하는 실험 방법은 다음과 같다.
피스파이스 시뮬레이션 결과를 이용하여 트랜지스터를 2N3904와 2N4401로 각각 설정하였다. 트랜지스터의 베이스 저항(R_B), 컬렉터 저항(R_C), 이미터 저항(R_E)을 측정하였다. 또한 베이스-컬렉터 전압(V_BC)과 컬렉터 저항 양단의 전압(V_R_C)을 측정하였다. 이를 토대로 베이스 전류와 컬렉터 전류를 계산하였다.
2N3904 트랜지스터의 경우, R_B(meas)=0.99MΩ, R_C(meas)=2.17kΩ, R_E(meas)=2.17kΩ, V_BC(측정값)=7.06V, V_R_C(측정값)=6.58V였다. 이를 통해 계산한 베이스 전류 I_B는 15μA이고, 컬렉터 전류 I_C는 2.19mA였다. 따라서 베타 β는 I_C/I_B=232로 계산되었다.
2N4401 트랜지스터에 대해서도 동일한 과정을 거쳐 베타 β를 336으로 구하였다.
이처럼 이미터 바이어스 구조에서는 피스파이스 시뮬레이션을 통해 측정된 전압과 저항값을 이용하여 베이스 전류와 컬렉터 전류를 계산하고, 이를 바탕으로 베타 β를 결정할 수 있다.
1.1.2. 이미터 바이어스 구조: 동작점 결정
이미터 바이어스 구조에서는 베이스 전류값이 고정되어 있기 때문에, 동작점 전압과 전류를 결정하는 데에는 이미터 저항 R_E의 역할이 매우 중요하다. 이미터 저항을 적절히 선택하면 베타값에 무관하게 일정한 컬렉터 전류를 유지할 수 있다.
먼저, 베이스 전류 I_B가 고정된 상태에서 이미터 저항 R_E가 증가하면 이미터 전압 V_E가 증가한다. 이에 따라 베이스-이미터 전압 V_BE도 증가하게 된다. 그러면 컬렉터 전류 I_C도 함께 증가하게 된다.
반면, 이미터 저항 R_E가 감소하면 이미터 전압 V_E가 감소하고, 베이스-이미터 전압 V_BE도 낮아지게 된다. 그러면 컬렉터 전류 I_C도 감소하게 된다.
이처럼 이미터 저항 R_E를 적절히 선택함으로써 베타값에 크게 의존하지 않고도 동작점 전압과 전류를 조절할 수 있다. 이는 트랜지스터의 안정성과 신뢰성을 높이는데 매우 중요한 역할을 한다.
1.1.3. 컬렉터 귀환 구조(R_E = 0)
컬렉터 귀환 구조(R_E = 0)는 BJT의 한 가지 바이어스 회로 구조이다. 이 구조에서는 바이어스 저항 R_E가 존재하지 않으며, 컬렉터 단자에 공급되는 전압이 직접적으로 베이스 전류와 컬렉터 전류를 결정한다.
컬렉터 귀환 구조(R_E = 0)에서는 베이스 전류와 컬렉터 전류가 다음과 같은 방식으로 결정된다. 먼저 베이스 단자와 접지 사이에는 R_B가 연결되어 있어 베이스 전류 I_B가 흐르게 된다. 이때 R_B의 값을 측정한 결과 R_B(meas) = 390.8kΩ으로 나타났다. 또한 컬렉터 단자와 접지 사이에는 R_C가 연결되어 있어 컬렉터 전류 I_C가 흐르게 되는데, R_C의 측정값은 R_C(meas) = 2.96kΩ이었다.
이를 바탕으로 이론적인 계산을 통해 나머지 바이어스 포인트 값들을 구할 수 있다. 2N3904 트랜지스터의 경우 V_B = 0.62V, V_C = 9.1V, V_CE = 9.1V, I_B = 21.2μA, I_C = 3.4mA로 계산되었다. 마찬가지로 2N4401 트랜지스터에서도 V_B = 0.55V, V_C = 6.2V, V_CE = 6.2V, I_B = 14.4μA, I_C = 4.3mA로 계산되었다.
실제 측정값과 이론적 계산값을 비교해보면, 2N3904 트랜지스터의 경우 V_B = 0.68V, V_C = 7.54V, V_CE = 7.54V, I_B = 17.55μA, I_C = 4.209mA로 나타났다. 또한 2N4401 트랜지스터는 V_B = 0.63V, V_C = 5.8V, V_CE = 5.8V, I_B = 13.25μA, I_C = 4.9mA로 측정되었다.
측정값과 계산값을 비교해보면 약간의 차이가 있음을 알 수 있다. 이는 실제 소자의 특성이 이상적인 모델과 완전히 일치하지 않기 때문이다. 하지만 전반적으로 계산값과 측정값이 잘 일치하고 있어, 컬렉터 귀환 구조(R_E = 0)에서의 BJT 바이어스 회로 동작을 잘 설명하고 있다고 볼 수 있다.
1.1.4. 컬렉터 귀환 구조(R_E 존재)
컬렉터 귀환 구조(R_E 존재)에서는 이미터에 저항 R_E가 연결되어 있다. 이 경우 베이스 전압과 이미터 전압 간의 차이로 전류가 흐르며, 이미터 전류에 의해 발생하는 전압강하 V_...
