전자 회로 1 Lecture 10 (BJT-II)

전자 회로 1Lecture 10 (BJT-II)

2009. 06.임한조

아주대학교 전자공학부[email protected]

이 강의 노트는 전자공학부 곽노준 교수께서 08.03 에 작성한 것으로 노트제공에 감사드림 .

June 2008 Nojun Kwak 2

BJT Summary 전류 방향

Ebers-Moll model

Large signal equivalent circuit


Example 1

Beta = 100, ic = 1mA @ VBE = 0.7V Objective: ic = 2mA, Vc = 5V

10 V5 k

2 mACR

2V 0.7 V ln 0.717 V

1BE T

V 0.717 VE

22.02 mA

0.99C

E

II

( 15)

0.717 15 7.07 k

2.02

EE

E

VR

I


Large signal operation

V (5.50)O CE CC C CR i

/ V

/ V

BE T

I T

C S

S

i I e

I e

/ VV (5.51)I T

O CC C SR I e

satsat

V V (5.52)CC CE

CC

IR


Graphical analysis

Operating point (Q)& small signal swing


Head room & leg room

A: Rc 가 작을 때 VCE 가 Vcc 에 가깝다 . Positive swing 을 Vcc

까지밖에 못한다 . Small head room

B: Rc 가 클 때 VCE 가 Vsat (0.1V~0.2V) 에

가깝다 . Negative swing 이 제한받는다 . Small leg room

Rc 를 적절히 조절하여 적절한 Q point 를 만든다 .


스위치로서의 동작 Cutoff ( 전류 = 0; Vc = Vcc) 와 Saturation mode ( 전압 = Vsat) 를

사용 V (5.60)I BE

BB

iR

(5.61)C Bi i

V (5.62)C CC C CR i

(EOS)

V 0.3 (5.63)CC

CC

IR

(EOS)(EOS) (5.64)CB

II

(EOS) (EOS)V V (5.65)I B B BEI R

Edge of saturation:

satsat

V V (5.66)CC CE

CC

IR

satforced (5.67)C

B

I

I

In saturation mode:


BJT at DC – Examples

1. 동작 모드를 가정2. 맨 마지막에 verification


More examples

Beta = 30


Still more examples


Another example (Buffer)


Biasing

Biasing: BJT amp 의 (DC) 동작점을 결정해 준다 . not a good idea!

a: 작은 VBE 변화 큰 IC 변화 b: 소자마다 beta 가 크게 다름

IE 가 VBE 와 β 의 변화에 영향을 덜 받도록


Other biasing techniquesTwo power supply C-to-B feedback resistor

Constant current source- Current mirror (b) 로 만들 수 있음

VBE 가 Q1,Q2 에 대해 같기 때문


Small signal operation & models

Common emitter (CE) configuration

소신호 vbe 추가 전체 모델

소신호 vbe 제거 – bias 을 잡기 위해서


Transconductance (gm)

: transconductance


Input resistances (seen at Base & Emitter)

Small signal input resistance seen at the base

Small signal input resistance seen at the emitter

참고

Small signal output resistance seen at the collector


Voltage gain (common emitter)Small signal model ( 소신호 모델 ) 에서는Voltage/current source (DC 성분 ) 을 0 으로 놓고 해석하라 .


Transistor models

π 모델

T 모델


Early effect 를 고려한 모델

Example 14,15,16 반드시 풀어볼 것 !!!


Amp. 특성 정의 (Chap.1/2 의 확장 )

Input resistance with no load

Input resistance

Output resistance of amp proper

Output resistance


Amp. 특성 정의 (Continued)

Open-circuit voltage gain

Voltage gain

Short-circuit current gain

Current gain

Short-circuit transconductance

Open-circuit overall voltage gain

Overall voltage gain

AMP. 고유의 특성


Single-Stage (1-BJT) Amplifiers

Operating point (DC bias)

Small signal models


CE (Common-Emitter) Amplifier

Small signal 해석법

CE: 큰 용량 (bypass capacitor) short circuit 으로 해석

CC1 , CC2 : coupling capacitor DC blocking, AC coupling short circuit 으로 해석

DC source (voltage & current) 0 으로 놓음


CE amp. 의 특성

비교적 작다 . 수 kohm 비교적 크다 . 수 kohm

큰 gain. 수십 ~ 수백

• Rin : 비교적 작음 ( 나쁨 )• Rout: 비교적 큼 ( 나쁨 )• Av: 큰 gain ( 좋음 )• High freq. 특성 안 좋음

주로 multi-stage amp 의 중간단 (gain 을 키우는 단 ) 으로 사용


CE Amp with an Emitter Resistance

• π 모델이나 T 모델 모두 사용해도 무방하나• Emitter 에 저항이 있다면 T 모델 선호 : re 와 Re 가 series 로 연결되므로


CE + Emitter 저항의 특성

- Resistance reflection rule: Base 에서 바라본 저항은 emitter 에서 바라본 저항의 1+β 배 ex) rπ vs. re

(with included) ( 1)( )

(without ) ( 1)

1 1 (5.128)

ib e e e

ib e e

em e

e

R R r R

R R r

Rg R

r

-Input 저항이 (1+gmRe) 늘어나는 대신 gain 이 (1+gmRe) 만큼 줄어듦


CE + Emitter 저항의 특성 (Cont.)

β 에 덜 민감

비교적 큰 (small signal) input을 인가할 수 있음 .

• Rib : (1+gmRe) 만큼 증가• Av: (1+gmRe) 만큼 감소• vi: (1+gmRe) 만큼 증가시킬 수 있음• Gv: less sensitive to β• High freq. response 가 좋아짐 (6 장에서 다룰 예정 )


CB (Common-Base) Amp.

Input: emitter / output: collector

CC1 , CC2 : coupling capacitor DC blocking, AC coupling short circuit 으로 해석 ( 소신호 모델에서 )


CB amp. 의 특성매우 작음

β 에 거 의 상 관 없음

• High freq. response 가 매우 좋음 (6 장에서 다룰 예정 ) high freq. amp 를 만드는데 사용• unity gain current buffer 로 사용 - Rin = 매우 작음 ,

- Rout = 큼


CC Amp. (Emitter follower)

CC1 , CC2 : coupling capacitor DC blocking, AC coupling short circuit 으로 해석 ( 소신호 모델에서 )

Not unilateral: - Rin 이 RL 에 영향을 받음 . - Rout 이 Rsig 에 영향을 받음 .


CC Amp. 의 특성

보통 굉장히 큰 RB 를 사용Emitter follower

: 크다


CC Amp. 의 특성 (Cont.)


CC Amp. 의 특성 (Cont.)

: 작다

• Rin : 크다• Rout: 작다• Gv: ~1 (unity gain)• Ai: 크다 (~β+1)

Multistage amp. 의 마지막 단으로 사용


Summary (CE)


Summary (CE+R)


Summary (CB)


Summary (CC)


Internal Capacitances

High frequency hybrid-pi model

• Low freq: 1/jwC inf. ( 무시할 수 있음 , open)• High freq: 더 이상 무시할 수 없음 . (C 를 고려해야 함 )

** 이 강의에서는 freq. response 는 다루지 않음 . ( 전자회로 II 에서 다룰 예정 ) But, high freq 에서는 C 를 short / low freq. 에서는 C 를 open

반드시 기억

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