DC 바이어스

(1)

Ch 5 Ch. 5

BJT Bias Circuits

(2)

Yun SeopYu

5-1 DC 동작점

DC 바이어스

증폭기가 선형영역에서 동작할 수 있도록 적절한 동작점을 설정 부적절한 바이어스는 출력의 왜곡을 초래

부적절한 바이어스는 출력의 왜곡을 초래

선형동작 차단에 의한 제한

포화에 의한 제한

(3)

Yun SeopYu

5-1 DC 동작점

그래프 해석

A

^{: I}_B=200 μA가 되게 V_BB 조정

z I_C= β_DCI_B = 20 mA, V_CE= V_CC - I_CR_C= 5.6V

B

^{: I}_B^{=300 μA, I}_C^{=30 mA, V}_CE^{=3.4 V}

C

^{: I}_B^{=400 μA, I}_C^{=40 mA, V}_CE^{=1.2 V}

(4)

Yun SeopYu

5-1 DC 동작점

DC 부하선 DC 부하선

I_B 증가 Æ I_C (= β_DCI_B ) 증가 Æ V_CE (= V_CC - I_CR_C) 감소 V 조정 Æ Q점 이동 (직류 부하선)

V_BB 조정 Æ Q점 이동 (직류 부하선)

z 트랜지스터의 DC동작점 (Q점)은 DC부하선을 따라 움직인다.

x절편 ① : I 0 일때 V V I 0 (실제는 적은 누설전류 I x절편 ① : I_B = 0 일때, V_CE =V_CC , I_C =0 (실제는 적은 누설전류 I_CBO 존재 )

y 절편 ② :I_C = V_CC/R_C V_CE = 0 y 절편 ② :I_C = V_CC/R_C , V_CE = 0

V

_CE

(= V

_CC

- I

_C

R

_C

)

②

1 ⎟⎞ V

⎜ ⎛

V

_CE

( V

_CC

I

_C

R

_C

)

C CE CC

C

R

V V R

I 1 ⎟⎟ +

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

− ⎛

=

(5)

Yun SeopYu

5-1 DC 동작점

선형동작: 출력전압은 입력전압을 선형적으로 재생

선형영역: 포화와 차단 사이의 모든 점을 포함하는 부하선상의 영역

(6)

Yun SeopYu

5-1 DC 동작점

파형왜곡

차단

포화

포화와 차단 포화와 차단

(7)

Yun SeopYu

5-1 DC 동작점

Q점을 찾고 선형동작을 위한 베이스 전류의 첨두값을 찾아라.

단, β_DC=200 Ex.5-1

Q.

μA 47kΩ 198

0.7V 10V

R V I V

B BB BE

B − = − =

=

A.

6.93V 13.07V

20V R

I V

V

39.6mA A)

(200)(198μ I

β I

47kΩ R

C C CE CC

B DC C

B

=

−

=

−

=

Q점은 I_C=36.9mA, V_CE=6.93V 20V

V

20V V

V

60.6A 330Ω

20V R

I V

CC CE(cutoff)

C C(sat) CC

=

39 6 A 60 6 A

β I I

DC CQ C(sat)

DC c(peak) b(peak)

= −

=

A 200 105μ

39.6mA 60.6mA− =

=

(8)

Yun SeopYu

5-1 DC 동작점

바이어스의 안정도

외부의 영향에 따른 동작점 Q점 영향

β

_DC

의 영향

z

온도와 Ic에 따라 β

_C

값이 변화함 Æ Q점에 영향을 줄 수

z

온도와 Ic에 따라 β

_DC

값이 변화함 Æ Q점에 영향을 줄 수 있음

z

온도가 증가함에 따라 β

_DC_DC

증가 V

_BE

의 영향

z

온도가 증가함에 따라 V

_BE

감소 Æ Q점에 영향을 줄 수 있음

(9)

Yun SeopYu

5-2 전압 분배 바이어스

전압분배바이어스의 등가 모델

일반적인 경우

I_B << I₂ 이므로 unloaded 모델 사용

I_B << I₂ 인 경우 입력저항 R_IN(base)를 고려한 경우

(10)

Yun SeopYu

5-2 전압 분배 바이어스

R

_IN(BASE)

: 베이스에서 본 저항

V_IN = V_{BE +} I_ER_E

I R (ÅV

B E B DC IN

IN(BASE) IN I

R I β I

R = V =

≈ I_ER_E(ÅV_BE

<< I_ER_E)

= I_CR_E = β_DCI_BR_E

E DC IN(BASE) β R

R =

⇒ I_CR_E β_DCI_BR_E

I =I I_IN =I_B

=β_DCR_E

(11)

Yun SeopYu

5-2 전압 분배 바이어스

전압분배 바이어스 해석

R = R₂||R ₍ _{S )} = R₂|| β _CR R_IN= R₂||R_IN(BASE)= R₂|| β_DCR_E If β_DCR_E >> R₂ Î R_IN≈ R₂

⎞

⎛

⎞

⎛

CC 2

1 CC 2

IN 1

B IN

V

R R

V R R

R

V R ⎟⎟

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

= +

⎟⎟ ⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

= +

V_E = V_B - V_BE I_E = V_E/R_E ≈ I_C V_C = V_CC – I_CR_C V_CE = V_C – V_E

R_IN

= V_CC – I_CR_C– I_ER_E

= V_CC_CC – I_C_C(R_C_C+R_E_E) ^R^IN(BASE)⁼^β^DC^R^E

(12)

Yun SeopYu

5-2 전압 분배 바이어스

Ex.5-2

Q. V

_CE

와 I

_C

를 구하라. 단, β

_DC

=100

R_IN= R₂||R_IN(BASE)= R₂|| β_DCR_E이고

56kΩ Ω)

(100)(560 R

β

R

_IN(BASE)

≈

_DC _E

= =

A.

β_DCR_E = 10 R₂ 이므로 R_IN≈ R₂

5 6kΩ

R ⎞ ⎛ ⎞

⎛

V = V – V =3 59V-0 7V=2 89V

3.59V 15.6kΩ 10V

5.6kΩ R V

R

V R

_CC

2 1

B 2

⎟ =

⎠

⎜ ⎞

⎝

= ⎛

⎟⎟ ⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

= +

V_E = V_B V_BE=3.59V-0.7V=2.89V I_E = V_E/R_E =2.89V/560Ω=5.16mA I I 5 16 A

I_C ≈ I_E= 5.16mA

V_CE = V_CC – I_C(R_C+R_E) =10V-5.16mA(1.56kΩ)=1.95V

(13)

Yun SeopYu

5-2 전압 분배 바이어스

전압분배 바이어스의 안정도

테브난 등가회로

E E BE

TH B

TH

I R V I R

V = + +

2 1

R R R ⎟⎟ ⎞

⎜⎜ ⎛

BE E

DC E TH

E E BE

TH B TH

V β R

I R ⎟⎟ +

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ +

=

2 2 1

2 TH 1

R V V

R R R

⎟⎟ ⎞

⎜⎜ ⎛

=

⎟⎟ ⎠

⎜⎜ ⎝ +

=

TH BE

TH

V

BE

V V

I V −

− ≈

=

⎠

⎝

Å R

_E

>> R

_TH

/ β

_DC

선택

CC 2

1

TH

V

R

V R ⎟⎟

⎜⎜ ⎠

⎝ +

=

(14)

Yun SeopYu

5-3 다른 종류의 바이어스 방법

B BE B CC

R

V I V −

베이스 바이어스 =

V_BB 대신 V_CC 사용

B BE DC CC

B DC C

0 V

R V

R V β V

I β

I −

=

C C CC

CE

CE C

C CC

R I V

V

0 V

R I V

−

=

−

I

_C

^안정도

Q점에서 β_DC 의 영향

의 변화 Æ I V 변화

I

z β_DC 의 변화 Æ I_C, V_CE 변화,

z Æ Q점 변화가 매우 큼

z Æ 베이스 바이어스는 불안정

I

_B ^z Æ 베이스 바이어스는 불안정

V_BE의 영향

(15)

Yun SeopYu

5-3 다른 종류의 바이어스 방법

온도에 따른 Q값 (I_C, V_CE)변화?

단, 온도변화에 따라 β_DC :85Æ100, V_BE : 0.7VÆ0.6V Ex.5-8

A

Q.

A.

9.61mA 100kΩ

0.7V 85 12V

R V β V

I_C(1) _DC ^CC ^BE ⎟ =

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ −

⎟⎟ =

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ −

=

(1) β_DC =85, V_BE = 0.7V 일 때

6.62V )

Ω 60 (9.61mA)(5 12V

R I V

V

100kΩ β R

C C CE(1) CC

DC B C(1)

=

−

=

−

=

⎟⎠

⎜⎝

⎟⎠

⎜⎝

(2) β 100 V 0 6V 일 때

11.4mA 100kΩ

0.6V 100 12V

R V β V

I

B CC BE DC

C(2) ⎟ =

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ −

⎟⎟ =

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ −

=

(2) β_DC =100, V_BE = 0.6V 일 때

5.62V )

Ω 60 (11.4mA)(5 12V

R I V

V

100kΩ R

C C CC CE(2)

B

=

−

=

−

=

⎠

⎠ ⎝

⎝

(1)Æ(2)로 변할 때 I_C와 V_CE 백분율 변화

18.6%

9.61mA 100%

9.61mA 11.4mA

(%)

∆I_C ⎟ =

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ −

=

(1)Æ(2)로 변할 때 I_C와 V_CE 백분율 변화

⎞

⎛

증가 -15.1%

6.62V 100%

6.62V 5.62V

(%)

V_CE ⎟ =

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ −

= 감소

(16)

Yun SeopYu

5-3 다른 종류의 바이어스 방법

E E BE

B B EE

E E BE

B B EE

R I V

-

0 R

I V

R I V

+ +

=

= +

+ 이미터 바이어스 +

DC E DC

B C E

C

β

I β

I I ,

I

I ⎟⎟

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ ≈ = ≈

BE E

E B

DC EE E

R

V R

I β R

V I -

⎞

⎛

+ +

=

E EE

E E DC

BE B EE

V V

-

I β R

V R V

-

−

⎟⎟ ⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ +

=

−

C DC E

B

BE

E EE

I

β R

R V

I V ≈

+

=

V_EE< 0

E E EE

E

V V

V

R I V

V

+

=

+

=

R I V

V V

V

_CE _C _E

−

=

−

= V

V

V + V I R V I R

(17)

Yun SeopYu

5-3 다른 종류의 바이어스 방법

이미터 바이어스의 안정도

V V

E DC

B

BE E EE

C

R β R

V V

I -

I +

= −

≈ /

온도 변화 Æ β_DC, V_BE변화 Æ 불안정 안정화 조건

z R >> R /β Æ β 에 의한 영향 없어짐

z R_E>> R_B/β_DC Æ β_DC 에 의한 영향 없어짐

z V_EE >> VBE Æ V_BE에 의한 영향 없어짐

E E EE

C

R

V I -

I ≈ =

(18)

Yun SeopYu

5-3 다른 종류의 바이어스 방법

에 따른 Q값 (I V )변화?

V_CC Ex.5-7

A.

Q.

^βDC 에 따른 Q값 (I_C, V_CE)변화?

단, β_DC :100Æ200

(1) β 100 일 때 +15 V

1.37mA /85

kΩ 10kΩ

0.7V 15V)

( /β

R R

V I V

I

DC E B

BE E EE

C(1) =

+

−

= − +

= −

≈ 47

(1) β_DC =100 일 때

1.3V )

0kΩ (1.37mA)(1

15V R

I V V

8.56V )

.7kΩ (1.37mA)(4

15V R

I V V

E E EE E

C C CC C

−

= +

−

= +

=

−

=

−

=

9 83V 1 3V)

( 8 56V V

V V

47 kΩ 9.83V

1.3V) (

8.56V V

V

V_CE(1) = _C − _E = − − =

1 38 A 0.7V

V) V (

I V

I ^EE − ^BE − −15 −

(2) β_DC =200 일 때

1 2V )

0kΩ (1 38 A)(1

15V R

I V

V

8.51V )

.7kΩ (1.38mA)(4

15V R

I V

V

1.38mA /100

47kΩ 10kΩ

0.7V V)

( /β

R R

V I V

I

C C CC C

DC B E

BE E EE

C(2)

=

−

=

−

=

+ = + =

=

≈ 15

-15 V 1.2V

) 0kΩ (1.38mA)(1

15V R

I V

V_E = _EE + _E _E = − + = −

9.71V 1.2V)

( 8.51V V

V

_CE(2)

=

_C

−

_E

= − − =

(19)

Yun SeopYu

5-3 다른 종류의 바이어스 방법

컬렉터 귀환 바이어스

특징: negative feedback

Æ Q점 안정화 하려는 오프셋 효과 발생 ^CC ^C ^C

C B C CC

C

R I V

)R I (I V

V

−

≈

+

−

= Æ Q점 안정화 하려는 오프셋 효과 발생

I_C ↑ Æ I_CR_C ↑ Æ V_C ↓ Æ R_B 양단의 전압강하 ↓

BE C

C CC

B C BE C CC B

C BE B

V R

I V

R

V R

I V

R V I V

−

= −

C C C C B

Æ I_B ↓ Æ I_C ↓ Æ I_CR_C ↓ Æ V_C ↑

BE C CC

DC B

BE C

C B CC

DC C

/ V I V

β R

V R

I I V

β I

= −

⇒

=

= /

C C CC CE

DC B C

C

R I V

V

/β R I R

−

=

⇒ +

안정도 안정도

온도 영향의 최소화 : V_CC>> V_BE, R_C >> R_B/β_DC 온도 증가

온도 증가

β_DC ↑, V_BE↓ Æ I_C ↑, I_B↑ Æ I_C ↑ ÆV_C↓ Æ I_B↓

Æ I_C↓ Î V_CE유지 상호영향을 감쇄시킴

(20)

Yun SeopYu

5-3 다른 종류의 바이어스 방법

Ex.5-10Text

Q.

_{Q점의 값 (I}_C_{, V}_CE_{)을 구하라.}

A. A 0.7V 788μ

10V V

I V

^CC

−

^BE

−

2.12V )

kΩ )(10 A

(788μ 10V

R I V

V

A /100 788μ

180kΩ 10kΩ

/β R I R

C C CC

CE

DC B

C

BE C CC

=

−

=

−

=

+ = + =

=

180 kΩ

(21)

Yun SeopYu

Homework

All Examples

Selected Problems(P.260- 261): 9 10 16 17 18

261): 9, 10, 16, 17, 18,

19, 21, 24, 25, 26

(22)

Yun SeopYu

(23)

Yun SeopYu