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1. 서론
1.1. 전압분배회로의 정의와 특성
전압분배회로는 4개의 저항으로 구성된 바이어스 회로로, 고정바이어스 회로나 이미터 바이어스 회로보다 더 안정적이다. 전압분배회로는 입력 전류를 저항을 조절하여 변화시킬 수 있으며, 적절한 회로 매개변수 선택을 통해 컬렉터 전류와 컬렉터-이미터 양단전압을 베타값에 무관하게 유지할 수 있다. 또한 입력 전류를 낮게 유지할 수 있어 가장 안정적인 회로가 된다. 전압분배회로의 해석은 R1과 R3를 테브난 등가회로로 변환하여 이미터 바이어스 회로와 같은 방식으로 수행할 수 있다.
1.2. 바이어스 회로와 전압분배회로의 관계
바이어스 회로는 트랜지스터의 동작점을 설정하여 안정된 동작을 가능하게 하는 회로이다. 전압분배회로는 바이어스 회로의 한 형태로, 저항을 이용하여 트랜지스터의 베이스 전압을 결정한다.
전압분배회로는 고정바이어스 회로나 이미터 바이어스 회로보다 안정적이다. 고정바이어스 회로는 열적 안정성이 좋지 않지만, 전압분배회로는 베이스와 접지 사이에 추가적인 저항을 두어 열적 안정성을 개선할 수 있다. 이미터 바이어스 회로도 열적 안정성이 향상되지만, 전압분배회로에 비해 불완전하다.
전압분배회로는 입력 전류를 저항을 조절하여 제어할 수 있는 특징이 있다. 또한 회로의 매개변수 값을 적절히 선정하면 컬렉터 전류와 컬렉터-이미터 전압이 베타 값에 무관하도록 할 수 있다. 이를 통해 입력 전류를 낮게 유지할 수 있어 가장 안정적인 회로가 된다.
따라서 전압분배회로는 바이어스 회로 중에서도 안정성이 가장 뛰어나 많이 사용되는 회로라고 할 수 있다. 전압분배회로는 트랜지스터의 동작점을 안정적으로 설정할 수 있고, 입력 전류를 제어할 수 있어 다양한 응용이 가능하다. 이와 같이 전압분배회로는 바이어스 회로의 한 형태로서 안정성과 유용성이 매우 높다.
1.3. 전압분배회로의 사용 목적
전압분배회로의 사용 목적은 다음과 같다.
전압분배회로는 바이어스회로의 일종으로, 고정바이어스회로나 이미터 바이어스회로에 비해 안정성이 높아 많이 사용되는 회로이다. 전압분배회로는 입력 전류를 저항을 조절하여 변경할 수 있어, 가장 안정적인 회로가 된다. 또한 회로의 매개변수 값을 적절히 선정하면 트랜지스터의 베타 값에 무관하도록 컬렉터 전류와 컬렉터-이미터 양단 전압을 설정할 수 있다. 이로써 전압분배회로는 트랜지스터의 특성 변화에 견고한 회로가 될 수 있다. 따라서 전압분배회로는 안정성과 유연성을 모두 갖춘 회로로서, 전자회로 설계에서 널리 활용되고 있다.
2. 전압분배회로의 구성 및 분석
2.1. 전압분배회로 구성 요소
전압분배회로는 4개의 저항으로 구성되어 있다. 이 4개의 저항은 직렬로 연결되어 있으며, 입력전압이 이 저항들에 의해 분배되어 출력전압이 생성된다.
첫 번째 저항 R1과 두 번째 저항 R2는 입력전압을 분배하는 역할을 한다. 이 두 저항의 저항값 비에 따라 입력전압이 분배되어 베이스-접지 간 전압을 생성한다.
세 번째 저항 R3는 트랜지스터의 이미터-접지 간 전압을 생성하는 역할을 한다. 이미터-접지 간 전압은 베이스-접지 간 전압과 더불어 트랜지스터의 동작점을 결정한다.
네 번째 저항 R4는 트랜지스터의 컬렉터-접지 간 전압을 생성하는 역할을 한다. 이를 통해 트랜지스터의 동작점이 결정되며, 원하는 전압 및 전류 조건을 만족할 수 있도록 한다.
이와 같이 전압분배회로의 4개 저항은 각각 다른 역할을 담당하며, 상호 연관되어 전압분배회로의 동작을 결정한다.
2.2. 전압분배회로의 등가회로 및 수식 도출
전압분배회로는 4개의 저항으로 구성된 바이어스 회로이다. 회로를 단순화하여 등가회로로 나타내면 더 쉽게 이해할 수 있다. 전압분배회로의 등가회로는 테브난 등가회로로 표현할 수 있는데, R1과 R3를 합성하여 하나의 저항으로 나타낼 수 있다.
이때 합성 저항 Rth는 R1과 R3의 병렬 연결로 계산할 수 있다. Rth = (R1 * R3) / (R1 + R3)
또한 테브난 등가전압 Vth는 R1과 R3에 의해 분압된 전압으로 구할 수 있다. Vth = (R3 / (R1 + R3)) * Vcc
이렇게 구해진 등가회로는 이미터 바이어스회로와 동일한 모양이 된다. 따라서 이미터 바이어스회로를 분석하는 방법과 동일하게 전압분배회로를 분석할 수 있다.
전압분배회로의 주요 수식은 다음과 같다.
우선 베이스 전류 IB는 다음과 같이 구한다.
IB = (Vth - VBE) / (R1 + R2)
이어서 컬렉터 전류 IC는 다음과 같이 구할 수 있다.
IC = β * IB
마지막으로 컬렉터-이미터 전압 VCE는 다음과 같이 계산할 수 있다.
VCE = Vcc - (IC * RC)
이처럼 전압분배회로의 등가회로와 주요 수식을 통해 회로 분석을 보다 체계적으로 수행할 수 있다. 등가회로를 활용하면 전압분배회로의 동작 원리를 더욱 깊이 이해할 수 있다.
2.3. 전압과 전류의 계산 방법
전압분배회로에서 전압과 전류의 계산은 ...
