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1. BJT 바이어스 회로
1.1. 실험 개요
BJT 바이어스 회로 실험의 실험 개요는 다음과 같다.
BJT를 증폭기로 동작시키기 위해서는 적절한 DC 바이어스가 인가되어야 하며, 이때의 DC 바이어스를 동작점 또는 Q점이라고 부른다. DC 바이어스는 증폭기의 전압 이득과 스윙을 결정하는 중요한 역할을 한다. 이 실험에서는 BJT를 이용한 증폭기의 DC 동작점을 잡아주기 위한 바이어스 회로에 대해 알아보고, 실험을 통하여 동작을 확인하고자 한다. 즉, BJT 증폭기의 DC 동작점을 결정하는 바이어스 회로에 대해 학습하고, 실험을 통해 바이어스 회로의 동작을 확인하는 것이 이 실험의 주된 목적이다."
1.2. DC 바이어스와 소신호의 개념
BJT를 증폭기로 동작시키기 위해서는 적절한 DC 바이어스가 인가되어야 하며, 이때의 DC 바이어스를 동작점 또는 Q점이라고 부른다. DC 바이어스는 증폭기의 전압 이득과 스윙을 결정하는 중요한 역할을 한다.
일반적으로 BJT나 MOSFET을 이용한 증폭기는 비선형 증폭기의 특성을 보인다. 비선형 증폭기를 선형적으로 동작시키기 위해서는 DC 바이어스를 인가해서 동작점(Q-포인트) operating point을 잡아주는 것이 중요하다. 또한, 동작점 부근에서 소신호 small signal를 인가해서 최대한 선형적인 특성을 따라갈 수 있도록 해야 한다.
즉, DC 바이어스는 증폭기를 선형적으로 동작시키기 위한 기준 전압 및 전류 레벨을 설정하는 역할을 하며, 소신호는 이 기준 주변에서 신호를 증폭하는 역할을 한다. 이를 통해 증폭기의 선형성과 동적 범위를 향상시킬 수 있다.
1.3. 바이어스 회로
일반적으로 증폭기의 동작점을 잡아주기 위해서는 바이어스 회로가 필요하다. 가장 기본적인 전압분배 바이어스 회로는 [그림 5-2]와 같다. 이 회로는 저항 RB1 또는 RB2의 변화에 따라서 VBE 전압과 Ic의 변화가 심한 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 [그림 5-3(a)]와 같은 전압분배 바이어스 회로에 이미터 저항 RE를 추가하였다.
이 회로를 분석하기 위해 [그림 5-3(b)]와 같은 등가회로를 구성할 수 있다. KVL을 적용하면 식 (5.3)과 같이 나타낼 수 있고, 이미터 전류 IE는 식 (5.4)와 같이 구할 수 있다.
V_BB = I_B R_B + V_BB + I_E R_E = R_B / (beta + 1) I_E + V_BE + I_E R_E (5.3)
I_E = (V_BB - V_BE) / (R_E + (R_B) / (beta + 1)) (5.4)
식 (5.4)에서 V_BB >> V_BE, R_E >> (R_B) / (beta + 1)인 경우를 가정하면 이미터 전류가 온도와 β의 변화에 민감하지 않음을 알 수 있다. 이러한 전압분배 바이어스 회로는 BJT를 증폭기로 동작시키기 위해 적절한 DC 바이어스를 제공한다."
1.4. 실험 회로
실험 회로는 다음과 같다.
실험회로 1에서는 BJT를 이용한 증폭기의 DC 동작점을 잡아주기 위한 바이어스 회로를 구성하였다. 이 회로는 전압분배 ...
