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1. 공통 이미터 트랜지스터 증폭기
1.1. 이론 개요
1.1.1. 공통 이미터(common-emitter, CE) 트랜지스터 증폭기
공통 이미터(common-emitter, CE) 트랜지스터 증폭기는 널리 이용되는 회로이다. 이 회로는 일반적으로 10에서 수백에 이르는 큰 전압 이득을 얻을 수 있고, 적절한 입력과 출력 임피던스를 제공한다. CE 트랜지스터 증폭기는 베이스-이미터 접합에 입력 신호를 인가하고 컬렉터-이미터 단자 사이에서 증폭된 출력 신호를 얻는 구조이다. 트랜지스터의 베이스와 컬렉터가 공유되는 것이 특징이다.
교류 신호 전압 이득은 출력 전압(Vo)을 입력 전압(Vi)으로 나눈 값으로 정의된다. 여기서 Vo와 Vi는 둘다 실효값, 피크값, 피크-피크값이 될 수 있다. 입력 임피던스는 입력 신호 측에서 본 증폭기 임피던스이며, 출력 임피던스 Zo는 부하에서 출력단 쪽으로 들여다 본 증폭기의 임피던스이다.
CE 트랜지스터 증폭기의 직류 바이어스 회로는 전압분배기 구조로 구성되며, 이를 통해 트랜지스터의 베이스, 이미터, 컬렉터 전압을 결정할 수 있다. 이때 트랜지스터의 β값을 정확히 모르더라도 근사적으로 바이어스 전압을 계산할 수 있다. 트랜지스터의 교류 동적 저항 re는 26mV/IE 로 계산할 수 있다.
교류 전압 이득은 무부하 조건에서 RE가 커패시터에 의해 바이패스되면 Av = -RC/re 로 계산할 수 있다. 교류 입력 임피던스는 R1||R2||βre 로 계산되며, 교류 출력 임피던스는 RC로 계산된다.
바이패스 커패시터는 전원 공급선의 노이즈와 리플을 제거하고 갑작스러운 전류를 공급하는 등 중요한 역할을 한다. 에미터 바이패스 커패시터가 달린 경우 전압 이득은 감소하지만 입력 임피던스는 증가하게 된다.
1.1.2. 교류 신호 전압 이득
교류 신호 전압 이득은 입력 신호와 출력 신호의 비로 정의된다. 즉, 증폭기의 무부하 조건에서 입력 신호 전압에 대한 출력 신호 전압의 비를 의미한다. 이는 다음과 같이 수식으로 표현된다.
Av = Vo / Vi
여기서 Vo는 출력 신호의 실효값(RMS)이며, Vi는 입력 신호의 실효값(RMS)이다. 또한 피크값이나 피크-피크값을 사용해도 된다.
공통 이미터(CE) 증폭기에서 교류 전압 이득은 다음과 같이 계산할 수 있다.
Av = -RC / re
여기서 RC는 집전극 부하 저항이며, re는 트랜지스터의 동적 저항이다. re는 트랜지스터의 동작점에 따라 결정되는데, 일반적으로 IE 전류에 반비례한다.
만약 에미터 저항 RE가 바이패스 커패시터에 의해 완전히 단락된다면, re = 26/IE 관계식에 따라 re가 감소하게 되고 이에 따라 전압 이득 Av가 증가하게 된다.
요약하면, 공통 이미터 증폭기의 교류 신호 전압 이득은 부하 저항 RC와 트랜지스터의 동적 저항 re의 비로 계산할 수 있으며, 에미터 저항 RE가 바이패스되면 동적 저항 re가 감소하여 전압 이득이 증가하게 된다.
1.1.3. 입력 임피던스
공통 이미터 트랜지스터 증폭기의 교류 입력 임피던스는 증폭기의 입력 측에서 보이는 임피던스이다. 이는 트랜지스터의 베이스-이미터 접합에 의해 결정되며, 저항 R1, R2와 트랜지스터의 전류 증폭률 β에 의해 영향을 받는다.
이론적인 교류 입력 임피던스 Zi는 다음 식으로 계산할 수 있다.
Zi = R1 || R2 || (βre)
여기서 R1과 R2는 입력 단의 바이어스 저항, β는 트랜지스터의 전류 증폭률, re는 트랜지스터의 동적 저항이다. 이 식에 따르면 입력 임피던스는 병렬 연결된 R1, R2, βre의 합으로 표현된다.
실험을 통해 입력 임...
