【전자회로 기본Ⅰ】 14강 - BJT 증폭기와 BJT 스위치

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13강에서는 BJT 특성 해석을 위한 파라미터에 대하여 학습하였음

컬렉터 전류 $I_C$와 베이스 전류 $I_B$의 비율인 직류베타와, 컬렉터 전류 $I_C$와 이미터 전류 $I_E$의 비율인 직류알파를 정의함

그리고 BJT의 세 가지 단자 이미터, 베이스, 컬렉터에서의 전압과 전류를 정의함

컬렉터 특성 곡선은 베이스 전류별 컬렉터 - 이미터 전압의 변화에 대한 컬렉터 전류의 변화를 나타내는 곡선을 말함 $V_{BB}$ 베이스의 전압을 일정한 값으로 고정시킨 다음 $V_{CC}$ 값을 증가시키면 $V_{CE}$에 대한 $I_C$를 그래프를 얻을 수 있음

여기에는 포화영역, 활성영역, 항복영역으로 구성됨

베이스 전류가 0인 경우 컬렉터 전류는 흐르지 않는 차단 상태에 있게됨

$V_{CE}=V_{CC}-I_CR_C$ 이므로 $I_C$가 증가하면 $R_C$에 인가되는 전압이 증가하므로 $V_{CE}$가 감소하게 되는데, 더 이상 감소하지 않는 지점을 $V_{CE(sat)}$이라고 함 

이때의 포화점을 이용한 것이 바로 스위치 회로임

직류 부하선이란 컬렉터 전류 $I_C$가 흐르지 않는 $V_{CE}$상의 차단점 $V_{CC}$에서 $I_C$가 더 이상 증가하지 않는 포화점까지 직선으로 연결한 선을 말함

트랜지스터의 과열로 인한 파손을 막기위해 최대 정격을 규정함

 

https://nate0707.tistory.com/113

【전자회로 기본Ⅰ】 13강 - BJT 특성 해석을 위한 파라미터

 

1. 증폭 작용

 

- DC와 AC

 

증폭기에서는 직류와 교류의 두 가지 양을 다루기 때문에 구분이 필요함

직류분의 전압, 전류는 대문자를 첨자로 사용하고, 교류분의 전압, 전류는 소문자를 첨자로 사용함

 

직류 트랜지스터 전류 : $I_B, I_C, I_E$

트랜지스터 단자간 직류전압 : $V_{BE}, V_{CE}, V_{CB}$

 

교류 트랜지스터 전류 : $I_b, I_c, I_e$

트랜지스터 단자간 교류전압 $V_{be}, V_{ce}, V_{cb}$

 

- 증폭 작용

 

트랜지스터의 증폭 작용이란 베이스 전류가 전류이득 $\beta$ 배만큼 증가한 형태로 컬렉터 전류에 나타나는 현상임

* 이는 트랜지스터의 선형영역, 즉 활성영역에서 일어나는 작용임

 

 

증폭을 시키고자 하는 신호는 주로 직류가 아닌 교류신호로서 작은 크기의 신호인 소신호임

 

베이스 단자로 입력된 직류 전류와 소신호 전류는 전류이득 $\beta$만큼 증폭되어 컬렉터 단자에 흐르게 됨

 

 

컬렉터 단자에서 커패시터를 이용하면 교류신호만을 추출할 수도 있음

 

 

2. 스위치 작용

 

- 스위치 동작

 

베이스 단자의 전압을 Low, High로 변경하면 → 컬렉터에 나타나는 전압이 High, Low로 변경됨

 

베이스 전압이 Low일 경우 $I_C=0$이므로 $V_{CE}=V_{CC}-I_CR_C$ 에서 $V_{CE}$가 High가 됨

베이스 전압이 High일 경우 $I_C>0$이므로 $V_{CE}=V_{CC}-I_CR_C$ 에서 $V_{CE}$가 Low가 됨

 

 

- 차단 조건

 

베이스 - 이미터 접합이 순방향 바이어스가 아닐 경우로 베이스 - 이미터 사이 전압이 0.7V보다 작을 때 발생함

베이스 전류가 흐르지 않기 때문에 컬렉터 전류도 흐르지 않음

$I_C$가 거의 0이므로 $R_C$에 인가되는 전압이 매우 낮아서 컬렉터 단자의 전압은 $V_{CC}$와 같음

 

 

- 포화 조건

 

베이스에 전압이 인가되어 베이스 - 이미터 접합이 순방향 바이어스가 되면 컬렉터 전류는 베이스 전류에 전류이득을 곱한 만큼 흐르게 됨

트랜지스터가 포화된다는 것은 컬렉터 전류가더 이상 증가하지 않는 상태를 말함

이때의 컬렉터 전류를 구하여 전류이득으로 나누면 포화 조건의 베이스 전류를 구할 수 있음

트랜지스터가 포화됐을 때의 컬렉터 - 이미터 사이의 포화 전압 $V_{CE(sat)}$는 수 십 mV 수준으로 $V_{CC}$에 비해 매우 작음

 

 

이때의 베이스 전류는 트랜지스터를 포화시키기 위한 최소한의 베이스 전류를 말함

 

- 스위치의 응용

 

이러한 스위치를 응용하여 LED On / Off 회로를 설계할 수 있음

베이스 단자에 전압을 Low / High로 변경하며 LED를 On / Off 해줄 수 있음