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전자 회로 1Lecture 10 (BJT-II)
2009. 06.임한조
아주대학교 전자공학부[email protected]
이 강의 노트는 전자공학부 곽노준 교수께서 08.03 에 작성한 것으로 노트제공에 감사드림 .
June 2008 Nojun Kwak 2
BJT Summary 전류 방향
Ebers-Moll model
Large signal equivalent circuit
June 2008 Nojun Kwak 3
Example 1
Beta = 100, ic = 1mA @ VBE = 0.7V Objective: ic = 2mA, Vc = 5V
10 V5 k
2 mACR
2V 0.7 V ln 0.717 V
1BE T
V 0.717 VE
22.02 mA
0.99C
E
II
( 15)
0.717 15 7.07 k
2.02
EE
E
VR
I
June 2008 Nojun Kwak 4
Large signal operation
V (5.50)O CE CC C CR i
/ V
/ V
BE T
I T
C S
S
i I e
I e
/ VV (5.51)I T
O CC C SR I e
satsat
V V (5.52)CC CE
CC
IR
June 2008 Nojun Kwak 5
Graphical analysis
Operating point (Q)& small signal swing
June 2008 Nojun Kwak 6
Head room & leg room
A: Rc 가 작을 때 VCE 가 Vcc 에 가깝다 . Positive swing 을 Vcc
까지밖에 못한다 . Small head room
B: Rc 가 클 때 VCE 가 Vsat (0.1V~0.2V) 에
가깝다 . Negative swing 이 제한받는다 . Small leg room
Rc 를 적절히 조절하여 적절한 Q point 를 만든다 .
June 2008 Nojun Kwak 7
스위치로서의 동작 Cutoff ( 전류 = 0; Vc = Vcc) 와 Saturation mode ( 전압 = Vsat) 를
사용 V (5.60)I BE
BB
iR
(5.61)C Bi i
V (5.62)C CC C CR i
(EOS)
V 0.3 (5.63)CC
CC
IR
(EOS)(EOS) (5.64)CB
II
(EOS) (EOS)V V (5.65)I B B BEI R
Edge of saturation:
satsat
V V (5.66)CC CE
CC
IR
satforced (5.67)C
B
I
I
In saturation mode:
June 2008 Nojun Kwak 8
BJT at DC – Examples
1. 동작 모드를 가정2. 맨 마지막에 verification
June 2008 Nojun Kwak 9
More examples
Beta = 30
June 2008 Nojun Kwak 10
Still more examples
June 2008 Nojun Kwak 11
Another example (Buffer)
June 2008 Nojun Kwak 12
Biasing
Biasing: BJT amp 의 (DC) 동작점을 결정해 준다 . not a good idea!
a: 작은 VBE 변화 큰 IC 변화 b: 소자마다 beta 가 크게 다름
IE 가 VBE 와 β 의 변화에 영향을 덜 받도록
June 2008 Nojun Kwak 13
Other biasing techniquesTwo power supply C-to-B feedback resistor
Constant current source- Current mirror (b) 로 만들 수 있음
VBE 가 Q1,Q2 에 대해 같기 때문
June 2008 Nojun Kwak 14
Small signal operation & models
Common emitter (CE) configuration
소신호 vbe 추가 전체 모델
소신호 vbe 제거 – bias 을 잡기 위해서
June 2008 Nojun Kwak 15
Transconductance (gm)
: transconductance
June 2008 Nojun Kwak 16
Input resistances (seen at Base & Emitter)
Small signal input resistance seen at the base
Small signal input resistance seen at the emitter
참고
Small signal output resistance seen at the collector
June 2008 Nojun Kwak 17
Voltage gain (common emitter)Small signal model ( 소신호 모델 ) 에서는Voltage/current source (DC 성분 ) 을 0 으로 놓고 해석하라 .
June 2008 Nojun Kwak 18
Transistor models
π 모델
T 모델
June 2008 Nojun Kwak 19
Early effect 를 고려한 모델
Example 14,15,16 반드시 풀어볼 것 !!!
June 2008 Nojun Kwak 20
Amp. 특성 정의 (Chap.1/2 의 확장 )
Input resistance with no load
Input resistance
Output resistance of amp proper
Output resistance
June 2008 Nojun Kwak 21
Amp. 특성 정의 (Continued)
Open-circuit voltage gain
Voltage gain
Short-circuit current gain
Current gain
Short-circuit transconductance
Open-circuit overall voltage gain
Overall voltage gain
AMP. 고유의 특성
June 2008 Nojun Kwak 22
Single-Stage (1-BJT) Amplifiers
Operating point (DC bias)
Small signal models
June 2008 Nojun Kwak 23
CE (Common-Emitter) Amplifier
Small signal 해석법
CE: 큰 용량 (bypass capacitor) short circuit 으로 해석
CC1 , CC2 : coupling capacitor DC blocking, AC coupling short circuit 으로 해석
DC source (voltage & current) 0 으로 놓음
June 2008 Nojun Kwak 24
CE amp. 의 특성
비교적 작다 . 수 kohm 비교적 크다 . 수 kohm
큰 gain. 수십 ~ 수백
• Rin : 비교적 작음 ( 나쁨 )• Rout: 비교적 큼 ( 나쁨 )• Av: 큰 gain ( 좋음 )• High freq. 특성 안 좋음
주로 multi-stage amp 의 중간단 (gain 을 키우는 단 ) 으로 사용
June 2008 Nojun Kwak 25
CE Amp with an Emitter Resistance
• π 모델이나 T 모델 모두 사용해도 무방하나• Emitter 에 저항이 있다면 T 모델 선호 : re 와 Re 가 series 로 연결되므로
June 2008 Nojun Kwak 26
CE + Emitter 저항의 특성
- Resistance reflection rule: Base 에서 바라본 저항은 emitter 에서 바라본 저항의 1+β 배 ex) rπ vs. re
(with included) ( 1)( )
(without ) ( 1)
1 1 (5.128)
ib e e e
ib e e
em e
e
R R r R
R R r
Rg R
r
-Input 저항이 (1+gmRe) 늘어나는 대신 gain 이 (1+gmRe) 만큼 줄어듦
June 2008 Nojun Kwak 27
CE + Emitter 저항의 특성 (Cont.)
β 에 덜 민감
비교적 큰 (small signal) input을 인가할 수 있음 .
• Rib : (1+gmRe) 만큼 증가• Av: (1+gmRe) 만큼 감소• vi: (1+gmRe) 만큼 증가시킬 수 있음• Gv: less sensitive to β• High freq. response 가 좋아짐 (6 장에서 다룰 예정 )
June 2008 Nojun Kwak 28
CB (Common-Base) Amp.
Input: emitter / output: collector
CC1 , CC2 : coupling capacitor DC blocking, AC coupling short circuit 으로 해석 ( 소신호 모델에서 )
June 2008 Nojun Kwak 29
CB amp. 의 특성매우 작음
β 에 거 의 상 관 없음
• High freq. response 가 매우 좋음 (6 장에서 다룰 예정 ) high freq. amp 를 만드는데 사용• unity gain current buffer 로 사용 - Rin = 매우 작음 ,
- Rout = 큼
June 2008 Nojun Kwak 30
CC Amp. (Emitter follower)
CC1 , CC2 : coupling capacitor DC blocking, AC coupling short circuit 으로 해석 ( 소신호 모델에서 )
Not unilateral: - Rin 이 RL 에 영향을 받음 . - Rout 이 Rsig 에 영향을 받음 .
June 2008 Nojun Kwak 31
CC Amp. 의 특성
보통 굉장히 큰 RB 를 사용Emitter follower
: 크다
June 2008 Nojun Kwak 32
CC Amp. 의 특성 (Cont.)
June 2008 Nojun Kwak 33
CC Amp. 의 특성 (Cont.)
: 작다
• Rin : 크다• Rout: 작다• Gv: ~1 (unity gain)• Ai: 크다 (~β+1)
Multistage amp. 의 마지막 단으로 사용
June 2008 Nojun Kwak 34
Summary (CE)
June 2008 Nojun Kwak 35
Summary (CE+R)
June 2008 Nojun Kwak 36
Summary (CB)
June 2008 Nojun Kwak 37
Summary (CC)
June 2008 Nojun Kwak 38
Internal Capacitances
High frequency hybrid-pi model
• Low freq: 1/jwC inf. ( 무시할 수 있음 , open)• High freq: 더 이상 무시할 수 없음 . (C 를 고려해야 함 )
** 이 강의에서는 freq. response 는 다루지 않음 . ( 전자회로 II 에서 다룰 예정 ) But, high freq 에서는 C 를 short / low freq. 에서는 C 를 open
반드시 기억