04장[1].직류 바이어스 방법 BJT IV

<2005 년 1 학기 전자회로 >

직류 바이어스 방법 – 직류 바이어스 방법 – BJT IVBJT IV

2005. 4. 7 (6 주차 목요일 )

추 성 호

<전자회로> 4장. 직류 바이어스 방법 - BJT IV

2 / 31Industrial Information & Communication LabDiv. of Elec. & Computer Eng., Kangwon Nat’l Univ., Republic of Korea

고장 검사 기술고장 검사 기술Checking the DC levelChecking the DC level

‘on’ 상태의 트랜지스터가 갖는 VBE 는 0.7 V 근처이어야 한다 .

작동하면 VCE 는 VCC 의 25% 에서 75% 정도의 값을 갖는다 .



고장 검사 기술 고장 검사 기술 (Cont’)(Cont’)



고장 검사 기술 고장 검사 기술 (Cont’)(Cont’)Example 4.25Example 4.25



고장 검사 기술 고장 검사 기술 (Cont’)(Cont’)Example 4.26Example 4.26



pnp pnp 트랜지스터트랜지스터pnp Transistorpnp Transistor

해석은 npn 트랜지스터와 동일

BE

CCBBBEEE

II

VRIVRI

)1(

0

EB

BECCB RR

VVI

)1(

CE

CCCCCEEE

II

VRIVRI

0

)( ECCCCCE RRIVV



바이어스 안정화바이어스 안정화 시스템의 안정도

각 변수의 변화에 대해 회로가 얼마나 민감한가 IC 에 민감하게 영향을 미치는 변수들

β: 온도가 증가할수록 증가 |VBE| : 온도가 1℃ 증가할 때 마다 약 7.5 mV 감소 ICO( 역포화 전류 ) : 온도가 10℃ 증가할 때마다 2 배로 증가

표 4.1 온도에 따른 실리콘 트랜지스터의 파라미터 변화

T(℃) ICO(nA) β VBE(V)

-65 0.2 × 10-3 20 0.85

25 0.1 50 0.65

100 20 80 0.48

175 3.3 × 103 120 0.3



바이어스 안정화 바이어스 안정화 (Cont’)(Cont’)온도에 따른 직류 바이어스 동작점온도에 따른 직류 바이어스 동작점 (Q(Q 점점 )) 의 이동 의 이동 (25 ℃, 1(25 ℃, 1

00℃)00℃)



바이어스 안정화 바이어스 안정화 (Cont’)(Cont’)안정도 계수안정도 계수 , , SS((IICOCO), ), SS((VVBEBE), ), SS(β)(β)

CO

CCO I

IIS

)(

매우 안정하고 비교적 온도 변화에 덜 민감한 회로의 안정도 계수는 작다 .

안정도 계수가 클수록 , 각 변수의 변화에 대해 회로는 민감하다 .

BE

CBE V

IVS

)(

CIS )(



바이어스 안정화 바이어스 안정화 (Cont’)(Cont’)SS((IICOCO): ): 이미터 바이어스 회로이미터 바이어스 회로

EB

EBCO RR

RRIS

/)1(

/1)1()(



바이어스 안정화 바이어스 안정화 (Cont’)(Cont’)SS((IICOCO): ): 고정 바이어스 회로고정 바이어스 회로

분자 , 분모에 RE 를 곱하고 RE = 0 Ω 을 대입하면 ,

안정도 계수의 최대값이 되며 , ICO 의 변화에 대해 안정도가 낮고 , 민감도는 높다 .

EB

EBCO RR

RRIS

/)1(

/1)1()(

1)( COIS



바이어스 안정화 바이어스 안정화 (Cont’)(Cont’)SS((IICOCO): ): 전압 분배기 회로전압 분배기 회로 , , 피드백 바이어스 피드백 바이어스

회로회로EB

EBCO RR

RRIS

/)1(

/1)1()(

위의 일반식에서는 RE > RB 일 때 , S(ICO) 는 가장 작고 , 안정도는 최대

전압 분배기 회로에서는

RE > RTh 이거나 , RTh > RE 가 가장 작을 때 안정도가 최대가 됨 . 전압 분배기 회로에서 는 보다 훨씬 작은 값을 사용할 수 있으며 , 훨씬

작은 값을 사용하고도 효과적인 설계가 가능

피드백 바이어스 회로 (RE = 0 Ω)

ETh

EThCO RR

RRIS

/)1(

/1)1()(

CB

CBCO RR

RRIS

/)1(

/1)1()(



바이어스 안정화 바이어스 안정화 (Cont’)(Cont’)물리적 영향물리적 영향

고정 바이어스 회로의 베이스 전류

IC 가 온도 증가에 따라 상승하나 , IB 는 일정하게 유지되어 매우 불안정한 상황이 됨

이미터 바이어스 회로

IB 의 감소는 IC 값을 감소시키게 되어 , IC 가 증가하는 영향을 보상해 줌

COBC

B

BECCB

III

R

VVI

)1(

B

EBECCB

ECEEE

R

VVVI

RIRIV



바이어스 안정화 바이어스 안정화 (Cont’)(Cont’)물리적 영향물리적 영향

피드백 회로

회로 중 가장 안정한 것은 전압 분배기 회로

IC 가 증가하면 , VE 는 감소 VBE 도 감소 VBE 의 감소는 IB 를 감소시켜서 IC 의 증가의 영향을 보상함

EBBE VVV

B

RBECCB R

VVVI C



바이어스 안정화 바이어스 안정화 (Cont’)(Cont’)SS((VVBEBE))

안정도 계수


고정 바이어스 회로 (RE = 0 Ω)

이미터 바이어스 회로에서 , 조건 (β+1) ≫ RB / RE 를 사용하면 ,

RE 가 커지면 안정도 계수가 작아지고 , 시스템이 더 안정된다 .

BE

CBE V

IVS

)(

EBBE RRVS

)1()(

BBE RVS

)(

)1(/

/)(

EB

EBE RR

RVS

E

EEBE R

RRVS

1/

1

/)(



바이어스 안정화 바이어스 안정화 (Cont’)(Cont’)SS(β)(β)


고정 바이어스 회로

전압 분배기 회로 (RB RTh)

컬렉터 피드백 회로 (RE = 0 Ω)

1

1)(

CIS

)/1(

)/1()(

21

1

EB

EBCC

RR

RRIIS

))1((

)()(

21

1

CB

CBC

RR

RRIS

)/1(

)/1()(

21

1

ETh

EThCC

RR

RRIIS



바이어스 안정화 바이어스 안정화 (Cont’)(Cont’)요 약요 약

컬렉터 전류에 대한 종합적인 영향

예 ) 고정 바이어스 회로 , 25℃ ~ 100 ℃, 표 4.1 참조 .

예 ) 전압 분배기 회로

이 경우 , S(β) 의 영향은 다른 두 계수의 영향보다 크지는 않음 . 실제로 더 높은 온도에서는 S(ICO), S(VBE) 의 효과는 S(β) 보다 큼 . 제조 기술의 발전으로 S(ICO) 의 효과는 점점 낮아지고 있음 .

RB/RE 또는 RTh/RE 의 비율은 교류 응답을 포함한 모든 측면에서 볼 때 가능한 작게 설계해야 유리함

mA 236.1

30 V, 17.0 nA, 9.19

C

BECO

I

VI

)()()( SVVSIISI BEBECOCOC

mA 077.0 CI



실제 응용실제 응용Relay DriverRelay Driver



실제 응용 실제 응용 (Cont’)(Cont’)Transistor SwitchTransistor Switch



실제 응용 실제 응용 (Cont’)(Cont’)Constant-Current Source (CCS)Constant-Current Source (CCS)

이상적인 특징 , 회로 , IC 가 일정하게 유지되는 이유



실제 응용 실제 응용 (Cont’)(Cont’)An Alarm System with a CCS and an op-amp comparatorAn Alarm System with a CCS and an op-amp comparator



실제 응용 실제 응용 (Cont’)(Cont’)Op-AmpOp-Amp



실제 응용 실제 응용 (Cont’)(Cont’)Logic GateLogic Gate



실제 응용 실제 응용 (Cont’)(Cont’)Current MirrorCurrent Mirror

CCBBRCEBEBCL IIIIIVVIII ,,,,,,,,,221222



실제 응용 실제 응용 (Cont’)(Cont’)Voltage Level IndicatorVoltage Level Indicator



요 약요 약1. 트랜지스터의 on/off 는 문턱 전압 (threshold voltage) 으로 판단할 수

있다 .2. 동작점은 특성 곡선 위에서의 DC 조건에 의해 결정된다 . 최대 정격

전력 또는 최대 정격 전압 , 최대 정격 전류에 너무 가까우면 안되고 , 포화 또는 차단 영역은 피해야 한다 . 특성 곡선의 가운데로

3. DC 분석은 베이스 전류를 결정하는 것 부터4. DC 분석에서 커패시터는 모두 개방 등가 회로로 대체5. 고정 바이어스 구조는 가장 간단하지만 β 에 대한 민감도가 높아서

불안정6. 포화 상태는 컬렉터와 이미터 사이를 단락 회로로 보고 구하면 간단7. KVL 을 이용하여 각 전류 , 전압값을 계산8. 이미터 안정화 바이어싱 구조는 β 에 덜 민감 . 이미터 저항은 베이스

단에서 보면 매우 큰 저항으로 보임 베이스 전류가 작아짐9. 전압 분배 바이어스는 가장 일반적인 구조 , 동종의 트랜지스터 사이의

β 변화에 민감도가 작기 때문10. 전압 피드백 (궤환 ) 구조에서 이미터 저항과 컬렉터 저항 모두가 β 에

의해 베이스 회로에 반영



요 약 요 약 (Cont’)(Cont’)

1. 공통 베이스 구조에서는 이미터 전류를 먼저 구함 , 이 후 이미터와 컬렉터 전류가 같다고 가정하고 해석

2. DC 회로 분석 시 , 미지수를 최소화하는 관계식에서 시작해서 미지 요소를 결정해 나감

3. 스위칭 회로는 포화 또는 차단 영역에서 두 영역 사이를 빠르게 전환 , 컬렉터와 이미터 사이의 임피던스는 포화 상태는 단락 회로로 , 차단 상태는 개방 회로로 근사

4. DC 트랜지스터 동작 확인은 베이스 - 이미터 전압이 0.7V 에 가까운지 부터 확인 , 컬렉터 - 이미터 전압이 공급 전압 VCC 의 25% ~ 75% 인지 검사

5. pnp 회로 분석은 전류의 방향이 반대 , 전압의 극성이 반대6. β 는 온도에 매우 민감 , VBE 는 1℃ 증가마다 약 7.5 mV 정도 감

소 , 역포화 전류는 10℃ 증가마다 일반적으로 두 배7. 안정성 계수가 작을수록 회로가 안정적이고 온도 변화에 덜 민감



방정식들방정식들

고정 바이어스

이미터 안정화 바이어스

전압 분배기 바이어스 정확한 식

근사식 일 때 ,

BC

CBE

BE

II

III

V

)1(

V 7.0

BC

B

BECCB

II

R

VVI

Ei

EB

BECCB

RR

RR

VVI

)1(

)1(

ETh

BEThB

CCRTh

Th

RR

VEI

RR

VRVE

RRR

)1(

||

21

2

21

2

CE

EE

BEBE

CCB

IR

VI

VVV

RR

VRV

21

2

210RRE



방정식들 방정식들 (Cont’)(Cont’)

컬렉터 피드백 바이어스

공통 베이스

트랜지스터 스위칭 회로

ECC

ECB

BECCB

III

RRR

VVI

)(

EC

E

BEEEE

II

R

VVI

fsoff

dron

C

CEsat

dc

CB

C

CCC

ttt

ttt

I

VR

II

R

VI

sat

sat

sat

sat



방정식들 방정식들 (Cont’)(Cont’)

안정성 계수

S(ICO):

전압 분배기 바이어스 : RB RTh

궤환 바이어스 : RE RC

S(VBE):



S(β):



C

BE

CBE

CO

CCO

IS

V

IVS

I

IIS

)(

)(

)(

EB

EBCO

CO

RR

RRIS

IS

/)1(

/1)1()( :

1)( : *

바이어스이미터

바이어스고정

EBBE

BBE

RRVS

RVS

)1()( :

)( :

*


바이어스고정

)/1(

)/1()( :

)( :

21

*

1

1

1

EB

EBC

C

RR

RRIS

IS


바이어스고정



연습 문제연습 문제 1, 4 6, 9 12, 15 23 32 34 36 39 44 47

4월 27 일까지 제출 (2 주 후 ), 이후 제출 시는 패널티

Documents

04장[1].직류 바이어스 방법 BJT IV