전자회로실험 2 조 고주현허영민
BJT의고정바이어스및 부품 * 실험목적 1) 고정바이어스와 회로의직류동작점을결정한다.
다이오드의특성 * 실험장비 계측장비 - Digital Multi Meter 부품 -저항 <680Ω(1개 ), 2.7kΩ (1개), 1.8kΩ (1개), 6.8kΩ (1개),33kΩ(1개), 1MΩ(1개 )>
다이오드의특성 부품 - 트랜지스터 <2N3904(1 개 ), 2N4401(1 개 )>
* 실험장비 공급기 - 직류전원공급기
* 이론개요 바이폴라트랜지스터의동작 - 차단, 포화, 선형의 3 가지동작 - 각모드에서물리적특성과그것에연결된외부회로는트랜지스터의동작점에영향을미침
차단모드에서특징 - 오픈스위치와유사한장치 - 이미터에서콜렉터로단지작은양의역방향전류가흐름 포화모드에서특징 - 단락된스위치와유사한장치 - 콜렌터에서이미터로단지최대의전류가흐름 - 전류의양은트랜지스터에연결된외부회로에의해서제한됨
차단모드와포화모드사용처 - 디지털회로에서이용
최소왜곡을가지는증폭작용 - 트랜지스터특성의선형영역이사용됨 DC 전압은성형영역의동작점설정 - 베이스 이미터접합에는순방향 - 베이스 콜렉터접합에는역방향
고정바이어스회로의특징 - 비교적간단하다. - Q점이트랜지스터의순방향전류전달비 (β) 와온도에너무민감하다는결점이있다. - 고정바이어스회로의부하선상에서 Q점의정확한위치를예상하기어려울수있다.
회로의특징 - 트랜지스터의 β가아닌외부회로요소에주로의존하는베이스 이미터, 콜렉터 이미터전압을만드는피드백결선을사용 - 개별트랜지스터의 β가상당히바뀌어도부하선상에 Q점의위치는고정됨 - β 무관바이어신회로로불림
* 실험순서 1) β 의결정 a. 2N3904 트랜지스터를사용하여그림 9-1 의회로를구성하라. 측정된저항치를기입하라. RB = RC = 0.995MΩ 2.686KΩ
* 고정바이어스회로구성
b. 전압 BE 와 RC 를측정하라. BE = 0.692 RC RC = 12.49
c. 측정된저항치를사용하여다음식으로베이스전류를계산하라. R CC B I B = = RB RB 그리고콜렉터전류는다음식으로계산하라. I C = R R C C 전압 RB 는높은저항 RB 에걸리는이미터의부하효과때문에 IB 결정으로바로측정되지않았다. IB 와 IC 의값을표 9.1 에적어라. BE
d. 순서 c 의결과를사용하여 β 를계산해서표 9.1 에기록하라. 이 β 값은시험이계속되는동안 2N3904 에사용될것이다. 표 9.1 트랜지스터형명 B (olts) IC (ma) IB ( μa ) 2N3904 19.26 4.65 19.4 239.6 2N4401 β
2) 고정바이어스회로 a. 단계 1) 에결정된 β를사용하여, 측정된저항치와공급전압, 위에서측정된 BE의값을사용하여그림 9-1의회로에대한 IB와 IC의값을계산하라. 즉회로의파라미터와 β값을사용하여 IB와 IC의이론치를결정하라. ( 계산치 ) IB = 19.4μA ( 계산치 ) IC = 4.65mA 계산된 IB 와 IC 를순서 1)c 에서의값과비교하라.
b. 순서 a 의결과를사용하여 B, C, E, CE 의값을계산하라. ( 계산치 )B 19.303 ( 계산치 )C 12.489 ( 계산치 )E 20 ( 계산치 )CE 7.511
c. 순서 a의결과를사용하여 B, C, E, CE의 값을측정하라. ( 측정치 )B 19.26 ( 측정치 )C 12.52 ( 측정치 )E 19.96 ( 측정치 )CE 7.43 측정된값들을순서 b 에서계산된값들과비교하라. 표 9.1 에 CE 의측정된값을기록하라.
d. 다음실험에서는보다높은 β 를가지는트랜지스터에대해위의여러단계를반복할것이다. 다른 β 값들이중요한회로바이어스값에미치는영향을알아보자. 그림 9-1 로부터 2N3904 트랜지스터를제거하고 2N4401 트랜지스터를넣어라. 단계 1) 에서처럼모든저항과 CC 전압은그대로유지하라. 전압 BE 와 RC 값을측정하고, 측정된저항치로같은방정식을이용하여 IB 와 IC 의값을계산하라. 그때 2N4401 트랜지스터의 β 값을결정하라.
( 측정치 )BE 0.653 ( 측정치 )RC 13.21 ( 측정치 )IB 19.4 μa ( 측정치 )IC 4.91mA ( 계산치 )β 253.1 IB, IC, β값을표 9.1에기록하라. 추가로측정된 CE값도기록하라. 트랜지스터형명 B (olts) IC (ma) IB ( μa ) β 2N3904 2N4401 19.3 4.91 19.4 253.1
e. 다음식을사용하여트랜지스터의변화에기인하는직류바이어스값의백분율크기를계산하라. 이상적으로는중요한전압과전류의값은트랜지스터가바뀌더라도변하지않아야한다. 그러나고정바이어스회로는결과에나타나듯이 β 의변화에민감하게변한다. 표 9.2 에계산의결과를기록하라.
% % % % Δ β Δ Δ Δ I I C B CE = = = = β I I ( 4401 표 9.2 β, IC, CE, IB 의백분율변화 ) C ( 4401 CE β I B ( 4401 ( 4401 I ( 3904 ) ) ) ) C ( 3904 β CE ( 3904 I I B ( 3904 ) ) ( 3904 %ΔI C % Δβ CE ) C ( 3904 CE ) B ( 3904 ) ) ( 3904 100 100 100 100 %ΔI % Δ B 5.63% 5.59% 9.5% 0% ) % % % %
3) 회로 a.2n3904 트랜지스터를사용하여그림 9-2 의회로를구성하여라. 각저항의측정치를기입하라. R1 R2 RC RE 31.88kΩ 6.75kΩ 1.78kΩ 670Ω
* 전압분배바이어스회로구성
) ( ) 2 1 2 ( 2 1 E C C CC CE BE B E CC B E C CE CC C CC B R R I R R R R R I R R I + = = + = + = + =
b. 2N3904 트랜지스터에대한단계 1) 에서결정된 β 값을사용하여그림 9-2 의회로에서 B, E, IE, IC C, CE, IB 의이론치를계산하라. 결과를표 9.3 에기록하라. 표 9.3 2N3904 B E C CE IE(mA) IC(mA) IB( μa ) 계산치 ( 순서 b) 측정치 ( 순서 c) 3.5 2.8 8 12 4.12 3.22 515.3 3.42 2.7 7.2 12.6 4.11 4.11 519
c. 그림9-2의회로에전원을넣고B, E, C, CE 값을측정하고표 9.3에기록하라. 추가로 R1과 R2 전압을가능한가장높은정확도로측정하라. 즉 100분의 1또는 1000분의 1까지양을측정하라. 읽혀진전압과측정된저항치로부터전류IE, IC, I1과 I2(I1= R1/R1, I2= R2/R2) 를계산하라. I1과 I2의결과를사용하여키르히호프의전류법칙을사용해서전류IB를계산하라. 표 9.3에 IE, IC, IB의계산치를기록하라. 2N3904 B E C CE IE(mA) IC(mA) IB( μa ) 계산치 ( 순서 b) 측정치 ( 순서 c) 3.5 2.8 8 12 4.12 3.22 515.3 3.42 2.7 7.2 12.6 4.11 4.11 519
표 9.3 에나타낸계산치와측정치를비교하라. 설명될필요가있는어떤중요한차이가있는가? 값에서는큰차이가없다. 차이가있다면계산치에서는 E 값을구할때 BE 값을 0.7 로어림잡아계산 ( 실제로 BE =0.7 보다작을것이다 )
d. 순서 3(c) 로부터측정된 CE 값과계산된 IC 와 IB 값을단계 1) 로부터 β 의크기에따라표 9-4 에기입하라.
e. 그림 9-2 의 2N3904 트랜지스터를 2N4401 트랜지스터로대체하라. 그때전압 CE, RC, R1, R2 를측정하라. 그리고 R1 과 R2 은 IB 의정확한결정을보증하기위해 100 분의 1 또는 1000 분의 1 까지읽어라. 그때 IC, I1, I2 를계산하고 IB 를결정하라. 이트랜지스터의 CE, IC, IB, β 값을표 9.4 에기입하라. 트랜지스터형명 CE(volt) IC(mA) IB( μa ) β 2N3904 12.6 4.11 519 7.92 2N4401 12.6 4.13 519 7.96
f. 표 9.4 의데이터로부터 β, IC, CE, IB 의백분율을계산하라. 순서 2)e. 반정식 (9.1) 에나타낸공식을사용하여표 9.5 에결과를기록하라. 표 9.5 β, IC, CE, IB 의백분율변화 %ΔI C % Δβ CE %ΔI % Δ B 0.5% 0.49% 0% 0%
결론 : 고정바이어스회로는비교적간단한회로이긴하지만온도와 β( 순방향전류비 ) 에민감하다는결점과부하선상에서 Q 점의정확한위치를예상하기어렵다. 전압분배바이어스고정바이어스회로와는달리 β 와무관하고부하선상에서 Q 점의위치는근본적으로고정됨