BJT 증폭기

1. BJT 증폭기

바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)는 전자 회로에서 증폭기로 사용될 수 있습니다. BJT 증폭기의 기본 동작은 트랜지스터가 바이어스 회로를 사용하여 더 큰 출력 신호를 제어함으로써 입력 신호를 증폭하는 것을 포함합니다. BJT 증폭기는 베이스-이미터 접합부가 정방향 바이어스이고 베이스-컬렉터 접합부가 역방향 바이어스인 정방향 활성 영역에서 작동합니다. 이 영역에서 트랜지스터는 전압 제어 전류원으로 작용하며, 컬렉터 전류(Ic)는 기본 전류(Ib)와 트랜지스터의 전류 이득(β)에 비례합니다. BJT가 증폭기로 작동하려면 트랜지스터가 전방 활성 영역에 있고 입력 신호를 증폭할 수 있는 올바른 작동 지점 또는 대기 지점(Q-point)을 설정하기 위한 바이어싱 회로가 필요합니다. 바이어싱 회로는 베이스-에미터 전압(Vbe)과 컬렉터-에미터 전압(Vce)을 원하는 값으로 설정하여 Q-포인트를 결정합니다. 입력 신호는 트랜지스터의 베이스에 인가되어 베이스 전류(ΔIb)에 작은 변화를 일으킵니다. 이러한 전류의 변화는 트랜지스터의 전류 이득(β)에 의해 증폭되어 컬렉터 전류(ΔIc)의 더 큰 변화를 생성합니다. 출력 신호는 컬렉터로부터 얻어지며, 출력 신호의 크기는 트랜지스터의 전류 이득(β)과 컬렉터에 연결된 부하 저항에 따라 달라집니다. 부하 저항은 출력 전압 스윙의 양을 제어하는 컬렉터-에미터 접합을 가로지르는 전압 강하의 양을 결정합니다. BJT 증폭기는 커먼-이미터, 커먼-베이스, 커먼-콜렉터 구성 등 다양한 방식으로 구성될 수 있습니다. 각 구성에는 장점과 단점이 있으며 구성 선택은 특정 애플리케이션에 따라 다릅니다. 전반적으로, BJT 증폭기는 바이어스 회로와 트랜지스터의 전류 이득을 이용하여 입력 신호를 증폭함으로써 동작하며, 다른 전자 장치를 구동하는 데 사용될 수 있는 더 큰 출력 신호를 생성합니다.

2. BJT 기본회로구성

전자 회로에 일반적으로 사용되는 BJT(양극 접합 트랜지스터)에는 세 가지 기본 구성이 있습니다. 공통 방출기 구성: 이러한 구성에서 이미터는 접지 또는 저전압 기준에 연결되고, 컬렉터는 고전압 공급에 연결되며, 입력 신호는 베이스에 인가됩니다. 이 구성은 가장 높은 전압 이득과 전류 이득을 제공하지만 입력 임피던스와 출력 임피던스는 더 높습니다. 공통 기본 구성: 이러한 구성에서 베이스는 접지 또는 저전압 기준에 연결되고, 컬렉터는 고전압 공급에 연결되며, 출력 신호는 이미터로부터 취해집니다. 이 구성은 최고의 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 제공하지만 전압 이득과 전류 이득은 낮습니다. 공통 컬렉터 구성: 이 구성에서 컬렉터는 접지 또는 저전압 기준에 연결되고, 이미터는 출력에 연결되며, 입력 신호는 베이스에 인가됩니다. 이 구성은 단일 전압 이득과 1 미만의 전류 이득을 제공하지만 입력 임피던스가 높고 출력 임피던스가 낮습니다. 구성 선택은 회로의 특정 애플리케이션과 요구사항에 따라 달라집니다. 예를 들어, 공통-이미터 구성은 고전압 및 전류 게인이 필요한 증폭기에서 일반적으로 사용되는 반면, 공통-베이스 구성은 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스가 필요한 애플리케이션에서 사용됩니다. 공통 컬렉터 구성은 낮은 출력 임피던스와 높은 입력 임피던스가 필요한 전압 추종 회로에 사용됩니다.

3. 바이어싱

바이어스(biasing)는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 단자에 올바른 DC 전압을 인가하여 트랜지스터의 작동 지점을 설정하는 프로세스입니다. 작동 지점은 대기 지점 또는 바이어스 지점이라고도 하며, 트랜지스터의 작동 영역을 결정합니다. BJT는 트랜지스터가 일반적으로 순방향 활성 영역인 원하는 영역에서 작동하도록 하기 위해 적절한 바이어스 방식을 필요로 합니다. 순방향 활성 영역에서, 베이스-이미터 접합은 순방향 바이어스이고, 베이스-컬렉터 접합은 역방향 바이어스입니다. BJT 회로에 사용되는 일반적인 두 가지 유형의 바이어싱 방법이 있습니다. 고정 바이어스: 고정 바이어스에서, 전압 분배 회로는 트랜지스터의 베이스 단자에 고정된 전압을 인가하기 위해 사용됩니다. 분압기 회로는 두 개의 저항기로 구성되며, 하나의 저항기는 베이스와 전원 공급기 사이에 연결되고, 다른 하나의 저항기는 베이스와 접지 사이에 연결됩니다. 베이스-이미터 접합부의 전압은 접지에 연결된 저항기의 전압 입니다. 이러한 바이어싱 방식은 간단하고 구현하기 쉽지만, 온도 변화 및 트랜지스터 파라미터 변화에 영향을 받을 수 있어 그다지 안정적이지 않습니다. 컬렉터 피드백 편향: 컬렉터 피드백 바이어스에서 베이스 전압은 컬렉터에서 베이스로 연결된 피드백 저항에 의해 설정됩니다. 이 방식은 온도 변화 및 트랜지스터 파라미터 변화와 무관한 안정적인 바이어스 전압을 제공합니다. 이러한 편향 방식은 일반적으로 증폭 회로에서 사용됩니다. BJT 회로의 바이어싱 조건은 저항과 전원 공급 전압의 값에 의해 결정됩니다. 트랜지스터가 순방향 활성 영역에서 작동하고 트랜지스터의 전력 분산이 안전한 작동 한계 내에 있도록 저항 및 전원 공급 전압 값을 신중하게 선택해야 합니다. 일반적으로 BJT 회로의 정확한 작동을 보장하기 위해서는 적절한 바이어싱이 필수적이며, 구체적인 적용 및 회로 요구사항에 따라 적절한 바이어싱 방식을 선택하는 것이 중요합니다.

4. BJT 증폭기 주파수응답

바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 증폭기의 주파수 응답은 서로 다른 주파수의 신호를 증폭하는 증폭기의 능력을 측정하는 척도입니다. BJT 증폭기의 주파수 응답은 트랜지스터의 내부 용량에 의해 영향을 받는데, 트랜지스터는 서로 다른 주파수에서 증폭기의 이득과 위상에 영향을 미칠 수 있는 주파수 의존 임피던스로 작용합니다. BJT 증폭기의 주파수 응답은 트랜지스터를 입력 임피던스, 출력 임피던스, 전압 이득으로 설명할 수 있는 선형 소자로 간주하는 소신호 모델을 사용하여 분석할 수 있습니다. 증폭기의 주파수 응답은 트랜지스터 파라미터들의 주파수 의존적 거동을 분석함으로써 결정될 수 있습니다. BJT 증폭기의 주파수 응답에 영향을 미칠 수 있는 두 가지 주요 주파수 의존 효과가 있습니다. 캐패시턴스 효과: BJT는 3개의 내부 캐패시턴스(베이스- 이미터 캐패시턴스(Cbe), 베이스-컬렉터 캐패시턴스(Cbc) 및 컬렉터-이미터 캐패시턴스(Cce)를 갖는다. 이러한 정전용량은 증폭기의 입력 및 출력 임피던스에 영향을 미칠 수 있는 주파수 의존 임피던스로 작용할 수 있으며 다른 주파수에서 증폭기의 전압 이득 및 위상 편이에도 영향을 미칠 수 있습니다. 통과 시간 효과: 트랜지스터가 한 상태에서 다른 상태로 전환될 때, 전하 캐리어가 베이스 영역을 통과하는 데 걸리는 시간에 의해 발생하는 지연이 있습니다. 이 지연을 통과 시간이라고 하며, 신호의 주파수에 따라 위상 편이가 발생할 수 있습니다. 트랜지스터의 주파수 의존적 효과를 보상하기 위해 피드백 회로를 사용하거나 특수 보상 회로를 사용하는 등 다양한 기술을 사용할 수 있습니다. 일반적으로, BJT 증폭기의 주파수 응답은 적절한 바이어스 및 동작 조건을 선택하고, 적용에 적합한 트랜지스터를 선택하고, 내부 용량 및 전송 시간 효과를 줄이기 위해 적절한 보상 기술을 사용함으로써 개선될 수 있습니다.