공통 베이스 및 콜렉터 트랜지스터 증폭기 실험

본 내용은 " 울산대학교 전자실험결과레포트 10장 공통 베이스 및 콜렉터 트랜지스터 증폭기 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.11.15

문서 내 토픽

• 1. Emitter Follower(EF) 증폭기

  Emitter Follower는 공통 콜렉터 증폭기로, 직류 바이어스 설정을 통해 베이스-에미터 및 콜렉터-에미터 PN 접합에 적용된다. 낮은 임피던스 입력 신호를 높은 임피던스 신호로 변환하고, 높은 임피던스 출력 신호를 낮은 임피던스 신호로 변환하여 임피던스 매칭을 향상시킨다. 전압이득은 약 1배이며, 위상변화가 없는 특징이 있다. 콜렉터 전류가 일정하게 유지되어 안정성과 신뢰성이 높고, 온도 변화나 외부 잡음에 민감하지 않다.

• 2. 트랜지스터 직류 바이어스 특성

  실험에서 Emitter Follower의 직류 바이어스를 측정하였다. 2N3904 트랜지스터에서 VR1 9.47V, VR2 6.67V, VRE 6V, VBE 6.67V, VE 6.02V, VCE 10V를 기록했으며, IC 3.6mA, IE 3mA, re 8.67Ω의 값을 얻었다. 베이스-에미터 전압강하 VBE가 직류 바이어스에 큰 영향을 미치며, VBE 값의 변동이 전체 바이어스 전압에 오차를 유발한다.

• 3. 입출력 임피던스 및 전압이득 측정

  EF 증폭기의 교류 특성 측정 결과, 무부하 상태에서 전압이득(Av) 0.99, 10kΩ 부하에서 0.197, 입력 임피던스(Zi) 4Ω, 출력 임피던스(Zo) 8.67Ω을 기록했다. 입력 신호 Vi 1.31V, 출력 신호 Vo 1.45V, 부하 전압 VL 1.467V, 신호원 전압 Vsig 1.45V를 측정하여 임피던스 매칭 특성을 확인했다.

• 4. 실험 오차 원인 분석

  실험에서 발생한 오차의 주요 원인은 세 가지이다. 첫째, 저항 등 소자의 정확한 값 편차로 인한 오차이다. 둘째, 베이스-에미터 전압강하 VBE의 변동이 직류 바이어스에 미치는 영향이다. 셋째, 콜렉터 전압 변화에 따른 에미터 전압 변화로, 이를 최소화하려면 안정화 저항 연결이나 전압 안정화 회로 추가가 필요하다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. Emitter Follower(EF) 증폭기

  Emitter Follower 증폭기는 전압 추종 특성으로 인해 실무에서 매우 유용한 회로입니다. 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 제공하여 임피던스 매칭에 효과적입니다. 전압이득이 1보다 작지만 전류이득이 크므로 전력 버퍼로 활용되며, 신호 왜곡이 적어 오디오 회로에서도 널리 사용됩니다. 다만 출력 신호가 입력 신호보다 약 0.7V 낮아지는 베이스-에미터 전압강하를 고려해야 합니다. 이러한 특성들은 회로 설계 시 중요한 고려사항이며, 실제 응용에서 신호 처리 단계 간의 효율적인 신호 전달을 가능하게 합니다.

• 2. 트랜지스터 직류 바이어스 특성

  트랜지스터의 직류 바이어스 특성은 증폭기의 동작점을 결정하는 핵심 요소입니다. 적절한 바이어스 설정은 선형 증폭 영역에서의 안정적인 동작을 보장하며, 온도 변화에 따른 특성 변화를 최소화합니다. 베이스 바이어스 전류, 컬렉터 전류, 베이스-에미터 전압 등의 관계를 정확히 이해하는 것이 중요합니다. 바이어스 점이 너무 낮으면 신호 왜곡이 발생하고, 너무 높으면 트랜지스터가 포화 상태에 빠질 수 있습니다. 따라서 회로 설계 단계에서 Q점을 적절히 설정하여 최적의 성능을 얻을 수 있습니다.

• 3. 입출력 임피던스 및 전압이득 측정

  입출력 임피던스와 전압이득의 정확한 측정은 증폭기 성능 평가의 필수 요소입니다. 입력 임피던스는 신호원에 미치는 부하 효과를 결정하고, 출력 임피던스는 부하에 미치는 영향을 나타냅니다. 전압이득은 증폭기의 기본 성능을 나타내는 중요한 지표입니다. 측정 시 주파수 의존성을 고려해야 하며, 저주파와 고주파에서의 특성 변화를 파악해야 합니다. 정확한 측정을 위해서는 고임피던스 입력을 가진 측정기기를 사용하고, 신호 레벨을 적절히 조정하여 비선형 영역을 피해야 합니다.

• 4. 실험 오차 원인 분석

  실험 오차는 여러 원인으로부터 발생하며, 이를 체계적으로 분석하는 것이 중요합니다. 기기의 측정 오차, 회로 소자의 공차, 온도 변화, 접촉 저항 등이 주요 원인입니다. 특히 트랜지스터의 개별 특성 편차와 저항, 커패시터의 공차는 측정값에 영향을 미칩니다. 배선의 기생 임피던스와 측정 장비의 입출력 임피던스도 고려해야 합니다. 오차를 최소화하기 위해서는 정밀한 측정기기 사용, 적절한 회로 설계, 환경 제어 등이 필요합니다. 실험 결과와 이론값의 차이를 분석하여 오차의 주요 원인을 파악하고 개선 방안을 도출할 수 있습니다.