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1. 트랜지스터의 특성
1.1. 트랜지스터의 3가지 영역
트랜지스터의 3가지 영역은 차단영역, 활성영역, 포화영역이다. 차단영역에서는 트랜지스터 베이스-이미터 전압(VBE)이 0.6V 이하로 작아 트랜지스터가 차단되어 전류가 흐르지 않는다. 따라서 콜렉터 전압(VCE)이 전원전압(VCC)에 가깝게 유지된다. 활성영역에서는 VBE가 약 0.6V 부근으로 증폭작용이 이루어진다. 이때 VCE는 일정한 범위 내에서 변한다. 포화영역에서는 VBE가 0.6V를 넘어 트랜지스터가 완전히 켜져 VCE가 거의 0V에 가깝게 된다. 이 영역에서 트랜지스터는 스위칭 동작을 하게 된다.
1.2. 트랜지스터의 증폭 작용
트랜지스터의 증폭 작용은 입력전압의 일부가 트랜지스터를 통해 증폭되어 출력전압으로 나타나는 것을 말한다. 트랜지스터 회로에 직류전압과 교류전압이 동시에 인가되면, 베이스-이미터 단자 사이에 전압이 인가된다. 이 전압은 트랜지스터의 특성상 위상이 반대되어 콜렉터에 출력된다. 따라서 콜렉터에 나타나는 출력전압은 직류전압과 교류전압이 모두 증폭되어 나타나게 된다.
트랜지스터의 증폭 작용은 다음과 같은 과정을 거치게 된다. 베이스에 직류전압 900mV와 교류전압 10mV가 인가되면, 트랜지스터의 특성상 이 전압은 반대 위상으로 콜렉터에 출력된다. 이때 직류 성분과 교류 성분이 모두 증폭되어 콜렉터 전압에서 확인할 수 있다. 실제 시뮬레이션 결과, 입력전압의 교류 성분이 10mV였던 것이 출력전압에서는 200mV로 증폭되어 나타났다. 이처럼 트랜지스터를 통해 신호가 증폭되는 것을 트랜지스터의 증폭 작용이라고 한다.
이러한 트랜지스터의 증폭 작용은 많은 전자회로에서 활용되고 있다. 예를 들어 음향기기의 증폭기, 무선통신 기기의 중간증폭기 등에서 트랜지스터의 증폭 작용을 이용하고 있다. 입력신호를 증폭하여 출력하는 기능을 바탕으로 전자기기의 성능을 높일 수 있기 때문이다.
1.3. 트랜지스터의 증폭도 계산법
1.3.1. 증폭도 계산법(1)
본 증폭회로의 증폭도는 트랜지스터의 증폭작용을 활용하여 입력신호를 증폭하는 방식이다. 회로 구성에서 트랜지스터의 베이스-이미터 단자에만 r'e가 존재하고 나머지 단자 간에는 ∞의 높은 임피던스를 가지므로 회로를 간략화할 수 있다. 입력단 전체 저항은 r'e+Re가 되며, 출력단 저항은 Rc가 된다.
여기서 Re와 Rc는 회로상에 주어진 값이므로 r'e만 구하면 된다. r'e는 Vt/Io 관계식을 통해 계산할 수 있는데, Io는 Re에 걸리는 전압 1.44V를 Re 값인 2kΩ으로 나누어 구할 수 있다. 이 때 Io=Ie=Ic이므로 Io=1.44V/2kΩ=0.72mA이다. 따라서 r'e=Vt/Io=26mV/0.72mA=36Ω이 된다.
이를 바탕으로 입력단 등가 저항 Zin=r'e+Re=36Ω+2000Ω=2036Ω, 출력단 등가 저항 Zout=Rc=10kΩ이 된다.
최종적으로 본 증폭회로의 증폭도 Av=Zout/Zin=10kΩ/2036Ω≈4.9배가 된다.
1.3.2. 증폭도 계산법(2)
1장 트랜지스터의 증폭도 계산법(2)에서는 Re 저항에 병렬로 캐패시터 C3를 ...
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