공통 베이스 증폭기 실험 예비레포트

문서 내 토픽

1. 공통 베이스 증폭기의 구조 및 동작 원리

공통 베이스 증폭기는 BJT 증폭기의 기본 구조 중 하나로, 입력신호는 이미터에 인가되고 출력신호는 컬렉터에서 나온다. 이 증폭기는 입력 임피던스가 작아 전류를 잘 받아들이는 특성을 가지며, 증폭 후 신호의 위상이 달라지지 않는 장점이 있다. 공통 이미터 증폭기와 이미터 팔로워와 함께 BJT의 기본 세 가지 증폭기 구조 중 하나이다.
2. 전압이득 및 임피던스 특성

공통 베이스 증폭기의 전압이득은 π모델을 이용하여 Av = gm·Rc로 표현된다. 입력 임피던스는 Ri = 1/gm 식으로 구해지며, 공통 이미터 증폭기에 비해 입력 임피던스가 낮다는 특징이 있다. 실험에서 계산된 입력 임피던스는 약 1.009kΩ, 출력 임피던스는 약 10.219kΩ이며, 전압이득은 9.14V/V로 측정되었다.
3. BJT 트랜지스터의 소신호 등가회로

공통 베이스 증폭기의 특성을 분석하기 위해 소신호 등가회로를 사용한다. 이 등가회로에서는 트랜스컨덕턴스(gm), 입력 저항(rπ), 이미터 저항(re), 전류 증폭도(β) 등의 파라미터를 구한다. 이들 파라미터를 통해 증폭기의 이론적 전압이득과 임피던스 특성을 계산할 수 있다.
4. 공통 베이스 증폭기의 응용 분야

공통 베이스 증폭기는 입력 임피던스가 낮고 전류 이득 특성이 높다는 특성으로 인해 전류 버퍼, 전압 증폭기, 고주파 증폭기, 전력 증폭기 등 다양한 분야에 사용된다. 특히 고주파 대역에서의 우수한 성능으로 인해 RF 회로에서 널리 활용된다.

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1. 공통 베이스 증폭기의 구조 및 동작 원리

공통 베이스 증폭기는 베이스 단자가 접지되어 있고 입력이 이미터, 출력이 컬렉터에서 나오는 구조입니다. 이 구성은 입력 신호가 이미터-베이스 접합부를 통해 들어오고, 컬렉터-베이스 접합부를 통해 출력되는 특징이 있습니다. 동작 원리는 입력 신호에 의해 이미터 전류가 변하면, 이는 컬렉터 전류의 변화를 유발하며, 컬렉터 저항을 통해 전압 변화가 생깁니다. 이 구조는 높은 주파수 응답과 낮은 입력 임피던스를 제공하여 RF 회로에서 매우 유용합니다. 베이스가 AC 신호에 대해 접지되어 있어 입력과 출력 사이의 위상 반전이 없다는 점도 중요한 특징입니다.
2. 전압이득 및 임피던스 특성

공통 베이스 증폭기의 전압이득은 컬렉터 저항과 동적 이미터 저항의 비로 결정되며, 일반적으로 10~100 정도의 중간 수준의 이득을 제공합니다. 입력 임피던스는 매우 낮아서 약 25mV/IE 정도이며, 이는 이미터 저항이 작기 때문입니다. 출력 임피던스는 상대적으로 높아서 컬렉터 저항 정도의 값을 가집니다. 이러한 임피던스 특성으로 인해 저임피던스 소스와 고임피던스 부하를 연결할 때 효과적인 임피던스 변환이 가능합니다. 또한 입력과 출력 임피던스의 비가 크므로 임피던스 매칭이 필요한 경우 유용하게 활용될 수 있습니다.
3. BJT 트랜지스터의 소신호 등가회로

BJT의 소신호 등가회로는 트랜지스터의 비선형 특성을 선형화하여 작은 신호 변화에 대한 응답을 분석하는 데 사용됩니다. 공통 베이스 구성에서는 이미터 저항 re, 베이스-이미터 간 저항, 그리고 출력 저항 ro 등이 포함됩니다. 이 등가회로는 트랜지스터의 상호 컨덕턴스 gm을 포함하여 입력 신호에 대한 출력 전류의 관계를 나타냅니다. 소신호 모델을 사용하면 복잡한 비선형 방정식을 선형 방정식으로 단순화할 수 있어 회로 해석이 용이해집니다. 이는 증폭기의 이득, 입출력 임피던스, 주파수 응답 등을 정확하게 계산하는 데 필수적입니다.
4. 공통 베이스 증폭기의 응용 분야

공통 베이스 증폭기는 높은 주파수 특성과 낮은 입력 임피던스 때문에 RF 및 마이크로파 회로에서 광범위하게 사용됩니다. 특히 저잡음 증폭기(LNA), 광대역 증폭기, 그리고 임피던스 매칭이 필요한 회로에서 효과적입니다. 또한 카스코드 증폭기의 하단 단계로 자주 사용되어 전체 회로의 성능을 향상시킵니다. 고주파 신호 처리, 통신 시스템, 레이더 시스템 등에서 중요한 역할을 합니다. 입력과 출력 사이의 위상 반전이 없다는 특성은 특정 피드백 회로 설계에서도 유리합니다. 현대의 집적회로 설계에서도 공통 베이스 구조는 고속, 저전력 증폭 단계로 계속 활용되고 있습니다.

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