공통컬렉터 증폭기 설계 및 시뮬레이션

본 내용은 " 홍익대 실험3 6주차예비보고서 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.04.01

문서 내 토픽

• 1. 공통컬렉터 증폭기 회로 구성

  NPN형 BJT 공통컬렉터 증폭기는 컬렉터가 양의 전원 Vcc로 연결되고 이미터는 저항 RE를 통해 접지로 연결된다. PNP형은 컬렉터가 음의 전원 VEE로 연결되며 이미터는 저항 RE를 통해 접지된다. 입력전압은 결합 커패시터 CC1을 통해 베이스로 입력되고, 출력전압은 이미터에서 얻어진다. 바이어스 저항 R1, R2와 이미터 저항 RE에 의해 베이스 바이어스 전류가 결정되며, BJT가 순방향 활성영역에서 동작하도록 조건이 설정된다.

• 2. 소신호 전압이득 특성

  공통컬렉터 증폭기의 소신호 전압이득은 Av = (βo+1)RE / (rπ+(βo+1)RE) ≈ 1[V/V]이다. BJT의 전류증폭률이 수백 정도일 때 (βo+1)RE >> RS+rπ 조건에서 전압이득은 약 1이 된다. 이러한 특성으로 공통컬렉터 증폭기는 큰 입력저항과 작은 출력저항을 가지므로 전압버퍼로 사용된다.

• 3. NPN형 BJT 공통컬렉터 증폭기 시뮬레이션

  시뮬레이션 결과 IBQ는 0.028mA, VBEQ는 0.704V, ICQ는 4.787mA, VCEQ는 10.185V로 측정되었다. 소신호 파라미터에서 rπ는 0.929kΩ, gm은 184.115mA/V, βo는 171.043으로 계산되었다. 입력신호 vs의 첨두-첨두값 1.981V에 대해 출력신호 vo의 첨두-첨두값은 1.9419V로 측정되어 동일위상 관계를 보였다.

• 4. PNP형 BJT 공통컬렉터 증폭기 시뮬레이션

  PNP형 시뮬레이션에서 IBQ는 -0.078mA, VEBQ는 0.757V, ICQ는 -8.503mA, VECQ는 6.419V로 측정되었다. 소신호 파라미터는 rπ -0.333kΩ, gm -327.038mA/V, βo 109.01로 계산되었다. 입력신호 vs의 첨두-첨두값 9.9046V에 대해 출력신호 vo의 첨두-첨두값은 9.5699V로 측정되어 동일위상 관계를 확인했다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 공통컬렉터 증폭기 회로 구성

  공통컬렉터 증폭기는 BJT의 기본적인 증폭 구성 중 하나로, 입력이 베이스에, 출력이 에미터에 연결되는 구조입니다. 이 구성은 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 특징으로 하며, 임피던스 매칭 및 버퍼 증폭기로 널리 사용됩니다. 회로 구성에서 컬렉터는 전원에 직접 연결되고, 에미터에는 부하 저항이 연결됩니다. 이러한 구조는 신호의 위상 반전이 없고 안정적인 동작을 제공하여 실무 응용에서 매우 실용적입니다.

• 2. 소신호 전압이득 특성

  공통컬렉터 증폭기의 소신호 전압이득은 일반적으로 1에 가까운 값을 가지며, 이론적으로는 1보다 작습니다. 이는 공통이미터 증폭기와 달리 전압 이득이 제한적이지만, 대신 우수한 임피던스 특성을 제공합니다. 전압이득은 부하 저항과 트랜지스터의 내부 저항에 의해 결정되며, 주파수 특성도 우수합니다. 이러한 특성으로 인해 공통컬렉터 증폭기는 신호 전달의 정확성이 중요한 응용에서 선호됩니다.

• 3. NPN형 BJT 공통컬렉터 증폭기 시뮬레이션

  NPN형 BJT를 사용한 공통컬렉터 증폭기 시뮬레이션은 회로 동작을 이해하는 데 매우 유용합니다. SPICE 시뮬레이션을 통해 입력 임피던스, 출력 임피던스, 주파수 응답 등을 정확히 측정할 수 있습니다. 시뮬레이션 결과는 이론적 계산과 비교하여 실제 트랜지스터의 비선형 특성과 기생 성분의 영향을 파악할 수 있게 해줍니다. 다양한 부하 조건과 신호 레벨에서의 동작을 검증할 수 있어 설계 최적화에 도움이 됩니다.

• 4. PNP형 BJT 공통컬렉터 증폭기 시뮬레이션

  PNP형 BJT를 사용한 공통컬렉터 증폭기는 NPN형과 유사한 동작 특성을 보이지만, 전원 극성이 반대입니다. 시뮬레이션을 통해 두 타입의 성능 차이를 비교 분석할 수 있으며, 실제 회로 설계에서 어떤 타입을 선택할지 결정하는 데 도움이 됩니다. PNP형은 특정 응용에서 회로 구성의 유연성을 제공하며, 시뮬레이션 결과는 두 타입 모두 유사한 이득 특성과 임피던스 특성을 가짐을 보여줍니다. 이는 설계자가 회로 요구사항에 따라 적절한 타입을 선택할 수 있게 합니다.