기초전자실험 - 24장 전류원 및 전류 미러 회로

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문서 내 토픽

• 1. 전계효과 트랜지스터 (JFET)

  JFET는 전압을 증폭시키는 트랜지스터로, 유니폴라 소자이며 한 종류의 캐리어에 의해 전류가 형성된다. JFET는 BJT보다 온도적으로 더 안정되어 있어 트랜지스터의 손상 위험이 큰 직접회로에 많이 사용된다. JFET의 특성으로는 V_GS=0V, V_DS>0일 경우 n채널의 내부 전자들이 양의 전위인 드레인쪽으로 이동하여 소스방향으로 전류가 흐르며, V_GS<0V일 경우 소스쪽의 공핍영역이 커져 n채널의 전자흐름을 방해하여 전류량이 0A가 된다.

• 2. 전류원

  전류원은 부하의 조건에 상관없이 항상 일정한 전류를 공급하는 회로이다. 이상적인 전류원은 양단 전류가 부하의 영향을 받지 않으며 전압을 무제한 공급해 줄 수 있어야 한다. 전류원 차단은 개방 회로와 같다.

• 3. 전류 미러 회로

  전류 미러 회로는 보통 일정한 전류를 제공하기 위해 사용하는 회로로, 출력전류를 다른 한쪽의 전류를 복사하여 만든다. Q1과 Q2가 동일한 칩내에서 만들어지기 때문에 에미터들의 I_E값은 같으며, 베이스 전류와 컬렉터 전류는 근사적으로 같다. 따라서 Q2의 정전류는 Q1의 거울 정전류와 같다고 볼 수 있다. 다단 전류 미러 회로에서는 저항 R_x를 통해 흐르는 전류가 부하를 통해 똑같이 흐른다.

• 4. JFET 전류원

  JFET를 사용한 전류원 회로에서 부하 R_L에 흐르는 전류는 JFET소자에 의해 I_D=I_DSS로 결정된다. 부하 R_L의 값이 증가할수록 I_R_L은 약간의 차이가 있지만 거의 일정한 전류를 가진다.

• 5. BJT 전류원

  BJT를 사용한 전류원 회로에서 베이스 전압 V_B와 이미터 전압 V_E를 계산하여 이미터 전류 I_R_E를 구할 수 있다. 부하 R_L의 값이 변해도 I_R_E는 일정한 값을 가진다.

• 6. 전류 미러 회로 실험

  전류 미러 회로 실험에서 I_x와 I_R_L값이 거의 비슷하게 나오지만 오차가 발생한다. 이는 회로에 사용하는 트랜지스터의 특성(β, 흐르는 전류 등)이 완전히 일치하지 않기 때문이다. 복수의 전류 미러 회로에서 V_B_1과 V_C_3의 값이 같다면 Q1과 Q3의 베이스가 연결되도록 회로를 다시 구성해야 한다.

• 7. 실험 결과 및 고찰

  실험 결과를 통해 JFET 전류원, BJT 전류원, 전류 미러 회로의 특성을 확인할 수 있었다. 또한 실험 과정에서 발생한 오차와 회로 구성상의 주의사항들을 확인하였다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 전계효과 트랜지스터 (JFET)

  전계효과 트랜지스터(JFET)는 반도체 소자 중 하나로, 전압에 의해 채널의 전도도를 조절하여 전류를 제어할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. JFET는 바이어스 전압에 따라 채널의 폭이 변화하여 전류가 조절되는 원리를 이용하며, 입력 임피던스가 높고 잡음이 적은 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 JFET는 증폭기, 스위칭 회로, 전압 조절기 등 다양한 전자 회로에서 활용되고 있습니다. 또한 JFET는 MOSFET에 비해 제작이 상대적으로 간단하고 내구성이 뛰어나 산업 현장에서 널리 사용되고 있습니다.

• 2. 전류원

  전류원은 일정한 전류를 공급하는 회로 소자로, 전압원과 함께 전자 회로의 기본 구성 요소입니다. 전류원은 부하의 변화나 전원 전압의 변동에도 일정한 전류를 유지할 수 있어 회로의 안정성과 신뢰성을 높일 수 있습니다. 전류원은 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 대표적으로 BJT 전류원, JFET 전류원, 전류 미러 회로 등이 있습니다. 이러한 전류원 회로는 증폭기, 전압 조절기, 센서 회로 등 다양한 전자 회로에서 활용되고 있습니다. 전류원의 설계와 구현은 전자 회로 설계에 있어 매우 중요한 부분이라고 할 수 있습니다.

• 3. 전류 미러 회로

  전류 미러 회로는 기준 전류를 복사하여 다른 회로에 일정한 전류를 공급하는 회로입니다. 이 회로는 BJT나 MOSFET을 이용하여 구현할 수 있으며, 입력 전류와 출력 전류의 비율을 조절할 수 있습니다. 전류 미러 회로는 전류 증폭, 전류 분배, 전류 복사 등의 기능을 수행할 수 있어 다양한 전자 회로에서 활용됩니다. 특히 연산 증폭기, 전압 조절기, 센서 회로 등에서 널리 사용되고 있습니다. 전류 미러 회로는 간단한 구조와 안정적인 동작 특성으로 인해 전자 회로 설계에서 매우 중요한 역할을 하고 있습니다.

• 4. JFET 전류원

  JFET 전류원은 JFET 소자를 이용하여 구현한 전류원 회로입니다. JFET는 게이트-소스 전압에 따라 채널의 폭이 변화하여 전류를 제어할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. JFET 전류원은 이러한 JFET의 특성을 이용하여 일정한 전류를 공급할 수 있습니다. JFET 전류원은 입력 임피던스가 높고 잡음이 적은 특성을 가지고 있어 증폭기, 전압 조절기, 센서 회로 등에서 널리 사용됩니다. 또한 JFET 전류원은 MOSFET 전류원에 비해 제작이 상대적으로 간단하고 내구성이 뛰어나 산업 현장에서 많이 활용되고 있습니다.

• 5. BJT 전류원

  BJT 전류원은 BJT 소자를 이용하여 구현한 전류원 회로입니다. BJT는 베이스-이미터 전압에 따라 콜렉터 전류를 제어할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. BJT 전류원은 이러한 BJT의 특성을 이용하여 일정한 전류를 공급할 수 있습니다. BJT 전류원은 입력 임피던스가 낮고 전압 변동에 민감한 특성을 가지고 있지만, 제작이 상대적으로 간단하고 안정적인 동작 특성을 보여 증폭기, 전압 조절기, 센서 회로 등에서 널리 사용됩니다. 또한 BJT 전류원은 JFET 전류원에 비해 전압 변동에 대한 내성이 낮지만, 전류 제어 범위가 넓어 다양한 응용 분야에서 활용되고 있습니다.

• 6. 전류 미러 회로 실험

  전류 미러 회로 실험은 전류 미러 회로의 동작 원리와 특성을 실험적으로 확인하는 것입니다. 이 실험에서는 BJT나 MOSFET을 이용하여 전류 미러 회로를 구현하고, 입력 전류와 출력 전류의 관계, 전압 변동에 대한 출력 전류의 변화, 부하 변화에 따른 출력 전류의 변화 등을 측정하여 전류 미러 회로의 특성을 분석할 수 있습니다. 이를 통해 전류 미러 회로의 동작 원리와 설계 방법, 응용 분야 등을 이해할 수 있습니다. 또한 실험 결과를 바탕으로 전류 미러 회로의 장단점을 파악하고, 실제 회로 설계에 활용할 수 있는 지식을 얻을 수 있습니다.

• 7. 실험 결과 및 고찰

  전류 미러 회로 실험을 통해 얻은 결과와 고찰은 다음과 같습니다. 첫째, 입력 전류와 출력 전류의 비율은 BJT나 MOSFET의 특성에 따라 달라지며, 이를 통해 전류 증폭 또는 전류 분배 기능을 구현할 수 있음을 확인하였습니다. 둘째, 전압 변동에 대한 출력 전류의 변화는 BJT 전류 미러 회로가 MOSFET 전류 미러 회로에 비해 상대적으로 큰 것으로 나타났습니다. 셋째, 부하 변화에 따른 출력 전류의 변화는 BJT 전류 미러 회로가 MOSFET 전류 미러 회로에 비해 작은 것으로 확인되었습니다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 전류 미러 회로의 특성과 장단점을 이해할 수 있었으며, 실제 회로 설계에 활용할 수 있는 지식을 얻을 수 있었습니다.