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Ch 5Ch. 5 BJT Bias CircuitsBJT Bias Circuits

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


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


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


선형동작: 출력전압은 입력전압을 선형적으로 재생

선형영역: 포화와 차단 사이의 모든 점을 포함하는 부하선상의 영역

5


차단파형왜곡

포화

포화와 차단포화와 차단

6


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=

−=


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


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)


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


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


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)


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 =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=


⎞⎛

증가

15

-15.1%100%6.62V

6.62V5.62V(%)VCE =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

= 감소


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

+−−=


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


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 =⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=


-1.22%100%9.83V

9.83V9.71V(%)VCE =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=


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


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 SeopYu

22

Yun SeopYu

Ch 6Ch. 6 BJT AmplifiersBJT Amplifiers

Yun SeopYu0-5.(복습) 증폭기 (amplifier)

참고:

2

Yun SeopYu0-5. (복습) 증폭기 (amplifier)

이득과 전달특성곡선 (transfer characteristics curve)

3

Yun SeopYu0-5. (복습) 증폭기 (amplifier)

증폭기 이득의 표현 방식 – 데시벨 (dB)

4

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


호소신호 증폭기

C C C DC 차단

6

C1, C2, C3: DC 차단(결합 캐패시터)


그래프 해석

7


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 ===


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


직류 β (βDC)와 교류 β(βac) Ic/Ie직류 α (αDC)와 교류 α (αac) Ic/Ib의 관계도 마찬가지…

11

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