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  • BJT의 동작원리와 특징 및 활용 - ②
    _[HARDWARE]/DEVICES 2012. 3. 27. 13:48
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    Transistor는 크게 BJT와 FET로 나눌 수 있다.

    하지만 우리가 업무중에 'transistor'라고 하면 거의 BJT를 지칭하며 'FET'라고 하면 MOSFET이나
    JFET등을 지칭한다.

    이전 포스트에선 BJT를 한 개 선정하여 특성을 살펴보았고 이번 포스트에선 선정된 BJT로 어떻게 회로를
    설계해야 하는지 알아볼 것이다.

    그리고 다음 포스트에선 2N3904로 설계된 회로에서 부품값을 선정하여 마무리하고 분석 해 볼 것이다.
    ☞ BJT의 동작원리와 특징 및 활용 - ①
    ☞ BJT의 동작원리와 특징 및 활용 - ③

    참고로 MOSFET에 대한 내용은 이전 포스트를 참고하자.
    ☞ MOSFET의 동작원리와 특징 및 활용 - ①
    ☞ MOSFET의 동작원리와 특징 및 활용 - ②

    1. BJT 증폭 회로의 구성
    전자 회로에서 BJT를 사용하는 목적은 전압이든 전류든 증폭을 하기 위해서다.
    BJT를 이용한 증폭회로는 어떤 종류들이 있는지 알아보자.

      1.1 common-emitter 증폭회로
         ① emitter 단자의 역할 : common (GND나 POWER에 연결된다는 의미)
         ② base 단자의 역할 : 입력
         ③ collector 단자의 역할 : 출력
         ④ gain : 중간 정도의 voltage gain, current gain
         ⑤ 임피던스 : 중간 정도의 입력 임피던스, 출력 임피던스
         ⑥ 회로의 활용 : voltage amp, 무선 수신기
         ⑦ 특징 : gain이 온도와 bias 전류에 민감

      1.2 common-base 증폭회로
         ① emitter 단자의 역할 : 입력
         ② base 단자의 역할 : common (GND나 POWER에 연결된다는 의미)
         ③ collector 단자의 역할 : 출력
         ④ gain : 높은 voltage gain, 낮은 current gain
         ⑤ 임피던스 : 낮은 입력 임피던스, 높은 출력 임피던스
         ⑥ 회로의 활용 : VHF, UHF같은 고주파 증폭용, current buffer, voltage amp
         ⑦ 특징 : 입력과 출력 사이의 높은 isolation, 낮은 입력 임피던스

      1.3 common-collector 증폭회로
         ① emitter 단자의 역할 : 출력
         ② base 단자의 역할 : 입력
         ③ collector 단자의 역할 : common (GND나 POWER에 연결된다는 의미)
         ④ gain : 낮은 voltage gain, 높은 current gain
         ⑤ 임피던스 : 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스
         ⑥ 회로의 활용 : voltage buffer
         ⑦ 특징 : 전류 이득

    2. 실제 회로의 설계
      2.1 프로젝트의 개요
         - 마이크의 음성 신호를 스피커로 출력
         - 마이크의 음성 신호는 10mVpk-pk

         위와 같은 조건의 프로젝트가 생겨서 회로를 설계해야 한다고 가정할 때 다음과 같은 제약사항이
         생긴다.
         - 마이크의 음성 신호는 진폭이 매우 낮아서 스피커를 통하여 들리지 않음

         그러므로 선정된 BJT인 2N3904를 이용하여 마이크의 신호를 증폭하는 회로를 설계하기로 하자.

      2.2 회로 설계
         common-emitter회로는 온도와 bias전류에 따라 전류 증폭률(β)이 변동하기 때문에 실제 gain이
         안정하지 못한 단점이 있다.

         그래서 회로를 설계할 땐 다음과 같이 negative feedback을 이용한 emitter degeneration회로를
         사용하게 된다.
         common-emitter회로와 emitter degeneration회로를 비교 해 보면 emitter단자에 Re가 있음이 보인다.

         emitter degeneration회로를 선택하여 프로젝트에서 요구되는 회로도를 그려보자.

         위와같이 회로를 설계하였다.

         설계된 회로의 부품들과 배선이 어떤 의도로 작성된 것인지 알기 위해서 신호의 흐름을 간략하게
         분석 해 보자.

         - Vin으로 마이크의 신호가 입력된다.
         - 마이크의 신호가 어떤 DC전압을 포함하고 있을지 모르기 때문에 C1으로 DC coupling을
            한 후 2N3904의 base 단자로 입력시킨다.
            그래야 2N3904의 datasheet에서 보았듯이 VEBO의 최대치인 6V를 넘지 않도록 할 수 있다.
         - R1과 R2로 2N3904를 bias한다.
         - 12V에서 Rc에 걸리는 전압을 빼면 Vc값이 나오는데 이 Vc가 '증폭된' 마이크 신호로서 Vout으로
            출력되어 스피커로 전달되게 된다.

         마이크의 신호가 10mVpk-pk정도라고 했으므로 100배정도 증폭되면 진폭이 1Vpk-pk 마이크 신호를
         얻게 되므로 작은 스피커나 이어폰으로 출력할 수도 있고 추가로 증폭이 필요할 때를 위한
         pre amp로도 적당할듯 싶다.

         다시 한 번 요구조건과 제반사항을 점검해 보도록하자.
         - 마이크 신호는 10mVpk-pk
         - 스피커 구동을 위해 마이크 신호의 100배 증폭이 요구됨
         - VCEO는 40V를 넘지 않아야 함
         - VEBO는 6V를 넘지 않아야 함

    이로써 2N3904로 어떻게 회로를 설계해야 하는지 알아보았다.

    포스트 내용이 생각보다 너무 길어져서 위의 설계에 대한 부품들의 선정과 이해는 다음 포스트에서
    진행토록 하겠다.

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