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Yun SeopYu5-1 DC 동작점
DC 바이어스
증폭기가 선형영역에서 동작할 수 있도록 적절한 동작점을 설정
부적절한 바이어스는 출력의 왜곡을 초래부적절한 바이어스는 출력의 왜곡을 초래
선형동작 차단에 의한 제한선형동작 차단에 의한 제한
포화에 의한 제한
2
Yun SeopYu5-1 DC 동작점
그래프 해석
A: IB=200 μA가 되게 VBB 조정
IC= βDC IB = 20 mA, VCE= VCC - ICRC= 5.6V
B: IB=300 μA, IC=30 mA, VCE=3.4 V
C: IB=400 μA, IC=40 mA, VCE=1.2 V
3
Yun SeopYu5-1 DC 동작점
DC 부하선DC 부하선
IB 증가 IC (= βDC IB ) 증가 VCE (= VCC - ICRC) 감소
V 조정 Q점 이동 (직류 부하선)VBB 조정 Q점 이동 (직류 부하선)
트랜지스터의 DC동작점 (Q점)은 DC부하선을 따라 움직인다.
x절편 ① : I 0 일때 V V I 0 (실제는 적은 누설전류 Ix절편 ① : IB = 0 일때, VCE =VCC , IC =0 (실제는 적은 누설전류 ICBO존재 )
y 절편 ② :IC = VCC/RC VCE = 0y 절편 ② :IC = VCC/RC , VCE = 0
VCE (= VCC - ICRC)②
V1 ⎟⎞
⎜⎛
VCE ( VCC ICRC)
C
CCCE
CC R
VVR1I +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
4①
Yun SeopYu5-1 DC 동작점
Q점을 찾고 선형동작을 위한 베이스 전류의 첨두값을 찾아라.
단, βDC=200Ex.5-1
Q.
μA19847kΩ
0.7V10VR
VVIB
BEBBB =
−=
−=
A.
6.93V13.07V20VRIVV39.6mAA)(200)(198μIβI
47kΩR
CCCCCE
BDCC
B
=−=−=
===
Q점은 IC=36.9mA, VCE=6.93V
20VV
20VVV
60.6A330Ω20V
RVI
CCCE(cutoff)
C
CCC(sat)
==
===
39 6 A60 6 Aβ
IIβ
II
DC
CQC(sat)
DC
c(peak)b(peak)
−==
7
A105μ200
39.6mA60.6mA=
−=
Yun SeopYu5-1 DC 동작점
바이어스의 안정도
외부의 영향에 따른 동작점 Q점 영향
βDC 의 영향
온도와 Ic에 따라 β C 값이 변화함 Q점에 영향을 줄 수온도와 Ic에 따라 βDC 값이 변화함 Q점에 영향을 줄 수있음
온도가 증가함에 따라 βDC 증가DC
VBE 의 영향
온도가 증가함에 따라 VBE감소 Q점에 영향을 줄 수 있음
8
Yun SeopYu5-2 전압 분배 바이어스
전압분배바이어스의 등가 모델
일반적인 경우 IB << I2 이므로 unloaded 모델 사용
IB << I2 인 경우 입력저항 RIN(base)를 고려한 경우
9
Yun SeopYu5-2 전압 분배 바이어스
RIN(BASE) : 베이스에서 본 저항
VIN = VBE + IERE
I R ( VB
EBDC
IN
ININ(BASE) I
RIβIVR ==
≈ IERE ( VBE
<< IERE)
= ICRE = βDCIBRE
EDCIN(BASE) RβR =⇒ ICRE βDCIBRE
I =IIIN =IB
=βDCRE
10RIN(BASE)
Yun SeopYu5-2 전압 분배 바이어스
전압분배 바이어스 해석
R = R2||R ( S ) = R2|| β CRRIN = R2||RIN(BASE) = R2|| βDCRE
If βDCRE >> R2 RIN ≈ R2
⎞⎛⎞⎛CC
21
2CC
IN1
INB V
RRRV
RRRV ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
VE = VB - VBE
IE = VE/RE ≈ IC
VC = VCC – ICRC
VCE = VC – VE
RIN
= VCC – ICRC – IERE
= VCC – IC(RC+RE)EDCIN(BASE) RβR =
11
CC C C E
Yun SeopYu5-2 전압 분배 바이어스
Ex.5-2 Q. VCE와 IC를 구하라. 단, βDC=100
RIN = R2||RIN(BASE) = R2|| βDCRE 이고
56kΩΩ)(100)(560RβR EDCIN(BASE) ==≈A.
βDCRE = 10 R2 이므로 RIN ≈ R2
5 6kΩR ⎞⎛⎞⎛
V = V – V =3 59V-0 7V=2 89V
3.59V10V15.6kΩ5.6kΩV
RRRV CC
21
2B =⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
VE = VB VBE =3.59V-0.7V=2.89V
IE = VE/RE =2.89V/560Ω=5.16mA
I I 5 16 AIC ≈ IE = 5.16mA
VCE = VCC – IC(RC+RE) =10V-5.16mA(1.56kΩ)=1.95V
12
Yun SeopYu5-2 전압 분배 바이어스
전압분배 바이어스의 안정도
테브난 등가회로
EEBETHBTH RIVRIV ++=21RRR ⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
BEEDC
THE
EEBETHBTH
VRβRI +⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=
2
21
21TH
VRV
RRR
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=
⎟⎟⎠
⎜⎜⎝ +
=
13E
BETH
EDCTH
BETHE R
VVR/βR
VVI −≈
+−
=
⎠⎝RE >> RTH/ βDC 선택βDC 영향 없음 안정
CC21
TH VRR
V ⎟⎟⎠
⎜⎜⎝ +
=
Yun SeopYu5-3 다른 종류의 바이어스 방법
B
BECCB R
VVI −=베이스 바이어스
VBB 대신 VCC 사용
B
BECCDCBDCC
0VRVR
VVβIβI −==
CCCCCE
CECCCC
RIVV0VRIV
−=
=−−
IC 안정도
Q점에서 βDC 의 영향
의 변화 I V 변화
I
βDC 의 변화 IC, VCE 변화,
Q점 변화가 매우 큼
베이스 바이어스는 불안정IB 베이스 바이어스는 불안정
VBE의 영향
14
온도 ↑, VBE ↓ IB (= (VCC – VBE)/RB) ↑
단, VCC >> VBE이면 무시 가능 (10배 이상)
Yun SeopYu5-3 다른 종류의 바이어스 방법
온도에 따른 Q값 (IC, VCE)변화?
단, 온도변화에 따라 βDC :85 100, VBE : 0.7V 0.6V
Ex.5-8
A
Q.
A.
9.61mA100kΩ
0.7V12V85R
VVβI BECCDCC(1) =⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −=
(1) βDC =85, VBE = 0.7V 일 때
6.62V)Ω60(9.61mA)(512VRIVV100kΩR
β
CCCCCE(1)
BDCC(1)
=−=−=
⎟⎠
⎜⎝⎟
⎠⎜⎝
(2) β 100 V 0 6V 일 때
11.4mA100kΩ
0.6V12V100R
VVβIB
BECCDCC(2) =⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −=
(2) βDC =100, VBE = 0.6V 일 때
5.62V)Ω60(11.4mA)(512VRIVV100kΩR
CCCCCE(2)
B
=−=−=⎠⎝⎠⎝
(1) (2)로 변할 때 IC와 VCE 백분율 변화
18.6%100%9.61mA
9.61mA11.4mA(%)∆IC =⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
(1) (2)로 변할 때 IC와 VCE 백분율 변화
⎞⎛
증가
15
-15.1%100%6.62V
6.62V5.62V(%)VCE =⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
= 감소
Yun SeopYu5-3 다른 종류의 바이어스 방법
EEBEBBEE
EEBEBBEE
RIVRIV-0RIVRIV
++=
=+++이미터 바이어스
DC
E
DC
CBEC β
IβII,II ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛≈=≈
BEEEBDC
EEE
R
VRIRβIV-
⎞⎛
++=
EEE
EEDC
BBEEE
VV-
IRβRVV-
−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=−
C
EDC
B
BEEEE I
RβR
VVI ≈+
=VEE < 0
BEEB
EEEEE
VVVRIVV
+=
+=
RIVRIVVVV
EEEECCCC
ECCE
−−−=
−=
16CCCCC
BEEB
RIVVVVV−=
+
)R(RIVVRIVRIV
ECCEECC
EEEECCCC
+−−=
Yun SeopYu5-3 다른 종류의 바이어스 방법
이미터 바이어스의 안정도
VVEDCB
BEEEEC RβR
VV-II+
−=≈
/
온도 변화 βDC, VBE 변화 불안정
안정화 조건
R >> R /β β 에 의한 영향 없어짐RE >> RB/βDC βDC 에 의한 영향 없어짐
VEE >> VBE VBE 에 의한 영향없어짐
E
EEEC R
V-II =≈
17
Yun SeopYu5-3 다른 종류의 바이어스 방법
에 따른 Q값 (I V )변화?
VCC
Ex.5-7
A.
Q. βDC 에 따른 Q값 (IC, VCE)변화?
단, βDC :100 200
(1) β 100 일 때 +15 V
1.37mA/85kΩ10kΩ
0.7V15V)(/βRRVVII
DCBE
BEEEEC(1) =
+−−−
=+−
=≈47
(1) βDC =100 일 때
1.3V)0kΩ(1.37mA)(115VRIVV8.56V).7kΩ(1.37mA)(415VRIVV
EEEEE
CCCCC
−=+−=+=
=−=−=
9 83V1 3V)(8 56VVVV
47 kΩ
9.83V1.3V)(8.56VVVV ECCE(1) =−−=−=
1 38 A0.7VV)(VVII BEEE −−−− 15
(2) βDC =200 일 때
1 2V)0kΩ(1 38 A)(115VRIVV8.51V).7kΩ(1.38mA)(415VRIVV
1.38mA/10047kΩ10kΩ
0.7VV)(/βRRVVII
CCCCC
DCBE
BEEEEC(2)
=−=−=
=+
=+
=≈15
-15 V
1.2V)0kΩ(1.38mA)(115VRIVV EEEEE −=+−=+=
9.71V1.2V)(8.51VVVV ECCE(2) =−−=−=
(1) (2)로 변할 때 I 와 V 백분율 변화
180.73%100%
1.37mA1.37mA1.38mA(%)∆IC =⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
(1) (2)로 변할 때 IC와 VCE 백분율 변화
-1.22%100%9.83V
9.83V9.71V(%)VCE =⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
Yun SeopYu5-3 다른 종류의 바이어스 방법
컬렉터 귀환 바이어스
특징: negative feedback
Q점 안정화 하려는 오프셋 효과 발생CCCC
CBCCCC
RIV)RI(IVV
−≈
+−=
Q점 안정화 하려는 오프셋 효과 발생
IC ↑ ICRC ↑ VC ↓ RB 양단의 전압강하 ↓BECCCC
B
BECCCC
B
BECB
VRIVR
VRIVR
VVI
−−
−−=
−=
C C C C B
IB ↓ IC ↓ ICRC ↓ VC ↑
BECCC
DCB
BECCCCBDCC
/VVI
βRVRIVIβI
−=⇒
==/
CCCCCE
DCBCC
RIVV/βRR
I
−=
+⇒
안정도안정도
온도 영향의 최소화 : VCC >> VBE, RC >> RB/βDC온도 증가온도 증가
βDC ↑, VBE ↓ IC ↑, IB ↑ IC ↑ VC ↓IB ↓
19
IC ↓ VCE 유지(Q값 안정) 상호영향을 감쇄시킴
Yun SeopYu5-3 다른 종류의 바이어스 방법
TextEx.5-10 Q. Q점의 값 (IC, VCE)을 구하라.
A.
A788μ0.7V10VVVI BECC −−
2.12V)kΩ)(10A(788μ10VRIVV
A788μ/100180kΩ10kΩ/βRR
I
CCCCCE
DCBC
BECCC
=−=−=
=+
=+
=
180 kΩ180 kΩ
20
Yun SeopYu
Homework
All Examples
Selected Problems(P.260-261): 9 10 16 17 18261): 9, 10, 16, 17, 18, 19, 21, 24, 25, 26
21
Yun SeopYu6-1 증폭기의 동작
교류량
DC: IC, IB, VC, VB , RE …..
AC 실효값 첨두값 첨두간 전압 전류 I I V V RAC: 실효값, 첨두값, 첨두간 전압, 전류….. Ic, Ib, Vc, Vb , Re ..
순시값: ic, ib, vc, vb …..
첨두값
평균값실효값
첨두값
첨두간 전압
5
Yun SeopYu6-1 증폭기의 동작
Ex.6-1Q. Q점이 베이스 전류인 50μA를 중심으로 상하 10μA씩변화.
첨두간 컬렉터 전류와 첨두간 컬렉터-이미터 전압은?
A. 첨두간 컬렉터 전류
- 6mA ~ 4mA
첨두간 컬렉터-이미터 전압
- 1V ~ 2V
8
Yun SeopYu6-2 트랜지스터 교류 등가회로
r parameter의 등가회로
r′c : 교류 컬렉터 저항 - 수백 kΩ => open
′ 교류 베이스저항 ll 무시가능r′b : 교류 베이스저항 - small => 무시가능
r′e : 교류 이미터저항 - 순방향 바이어스 된 emitter에서 본 저항
r 파라미터 등가회로단순화된 r 파라미터 등가회로E
e I25mVr' =
IbIe
Q. IE=2mA, r′e ?
Ex 6-2 25mV25mV
9A.
Ex.6-2 12.5Ω2mA
25mVI
25mVr'E
e ===
Yun SeopYu6-2 트랜지스터 교류 등가회로
식에 의한 r′e 정의
PN 접합 IE = IR(eqV/kT – 1)
E
PN 접합 IE IR(e 1)
q/kT = 40 (상온에서)
IE = IR(e40V – 1) = IRe40V – IRr'e
IE + IR = IRe40V
미분 dIE = (40IRe40V)dV
dI /dV =40I e40V = 40(I + I ) ≈ 40I
B
dIE/dV =40IRe40V = 40(IE + IR) ≈ 40IEIE >> IR
r′e = dV/dIE = 1/40IE =25mV/IE
βacIb
C
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