본문내용
1. 서론
<서론>
BJT(Bipolar Junction Transistor) 다단증폭기는 전자회로 설계에서 중요한 역할을 담당한다. 트랜지스터를 두 개 이상 연결하여 구성한 다단증폭기는 단일 증폭기에 비해 더 큰 이득과 향상된 주파수 특성을 가지고 있다. 본 보고서에서는 BJT 다단증폭기의 개요와 특성, 이득 계산 및 부하효과에 대해 살펴보고, 실제 BJT 다단증폭기와 오디오 다단증폭기 설계 과정을 상세히 다룰 것이다. 이를 통해 BJT 다단증폭기의 설계 원리와 응용 방안을 이해할 수 있을 것이다.
2. 이론적 배경
2.1. BJT 다단증폭기의 개요
BJT(Bipolar Junction Transistor)는 베이스, 컬렉터, 이미터 등 세 개의 전극으로 구성되어 있으며, 베이스 전류의 변화에 따라 컬렉터와 이미터 사이의 전류가 크게 변화하는 특성을 가지고 있다. 이러한 BJT의 특성을 활용하여 신호를 증폭시킬 수 있는데, 이를 BJT 증폭기라고 한다.
BJT 다단증폭기는 여러 개의 BJT 증폭기를 직렬로 연결하여 구성한 증폭기이다. 각 증폭기 단의 출력 신호가 다음 증폭기 단의 입력으로 연결되어 전체적인 증폭 효과를 얻을 수 있다. 이를 통해 개별 증폭기 단의 한계를 극복하고 더 큰 증폭률을 달성할 수 있다.
다단증폭기를 구성하는 목적은 개별 증폭기만으로는 달성할 수 없는 높은 증폭률을 얻기 위해서이다. 실제 증폭기는 최대 증폭률이 제한되어 있는데, 이를 극복하기 위해 부정적 피드백을 도입하면 증폭률이 감소하게 된다. 따라서 여러 단의 증폭기를 직렬로 연결하여 전체 증폭률을 높일 수 있다.
다단증폭기를 구성할 때에는 각 단의 증폭기를 RC 결합 방식으로 연결하는 것이 일반적이다. RC 결합은 트랜스 결합에 비해 주파수 특성이 우수하고 회로가 소형화되는 장점이 있다. 다만 직류 전압 강하와 전력 소비가 발생하며 임피던스 정합이 어렵다는 단점이 있다.
다단증폭기의 전체 이득은 각 단의 이득을 곱한 값이 된다. 데시벨(dB) 단위로 표현할 경우에는 각 단의 dB 이득을 합산하면 된다. 또한 다단증폭기에서는 부하효과를 고려해야 하는데, 이는 후단의 입력 저항이 전단의 출력 저항에 영향을 미치기 때문이다.
2.2. RC 결합과 다단증폭기의 특성
RC 결합은 트랜스(변성기) 결합에 비해 주파수 특성이 좋으며 회로가 소형화되고 제작 비용이 낮다는 장점이 있다. 그러나 저항 R에 직류 전압 강하와 전력 소비가 발생하며 임피던스 정합이 어렵다는 단점이 존재한다. 또한 커플링 콘덴서 C는 직류를 차단하는 역할을 하기 때문에 직류 저지(스토핑) 콘덴서라고도 불린다.
다단증폭기는 증폭기를 여러 개 연결한 형태이다. 이상적인 단일 증폭기는 최대 증폭률이 제한되어 주파수 특성이 나빠지는데, 이를 보완하기 위해 부궤환(Negative Feedback)을 걸어주면 특성은 개선되지만 증폭률이 감소하는 단점이 있다. 따라서 특성과 증폭률을 모두 개선하기 위해 다단증폭기를 사용하게 된다.
다단증폭기의 전체 이득은 각 증폭기 단의 이득을 곱한 것과 같다. 데시벨(dB)로 표시할 경우 전체 dB 전압 이득은 각 단의 dB 전압 이득을 합한 것과 같다.
다단증폭기에서는 부하효과를 고려해야 한다. MOSFET 증폭기는 입력저항이 무한대이므로 부하효과를 고려할 필요가 없지만, BJT 증폭기는 유한한 입력저항을 가지므로 다음 단의 출력저항을 고려해야 한다.
2.3. 다단증폭기의 이득 계산
다단증폭기의 전체 이득은 각 증폭기 단의 이득을 곱한 것과 같다. 즉, 다단증폭기의 전체 전압 이득은 각 단의 전압 이득을 곱한 값이 된다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 ...
