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  • BJT의 동작원리와 특징 및 활용 - ③
    _[HARDWARE]/DEVICES 2012. 3. 29. 13:41
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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 살펴보고 선정된 BJT로 어떻게 회로를 설계해야 하는지
    알아보았다.

    이번 포스트에선 BJT로 설계된 회로에 적절한 부품값을 넣어서 프로젝트를 마무리 하도록 한다.
    ☞ BJT의 동작원리와 특징 및 활용 - ①
    ☞ BJT의 동작원리와 특징 및 활용 - ②

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

    1. 설계를 위해 필요한 값들
    VC(아래 그림의 초록색 화살표 점선)는 증폭된 마이크 신호로써 우리가 최종적으로 얻고자 하는
    마이크의 출력 신호인 Vout
    이다.
    VC는 12V에서 VRC를 빼면 얻을 수 있다.

    VRC는 저항 RC에 걸리는 전압이며 RC에 흐르는 전류인 IC(아래 그림의 초록 화살표)를 이용해서
    Ic*Rc로 얻는다.

    VRC=IC*RC에서 Ic는 저항 Re에 흐르는 전류인 Ie와 같다.

    Ie(아래 그림의 초록색 화살표)는 2N3904의 emitter에 흐르는 전류로써 2N3904의 emitter와 GND사이에
    걸리는 전압인 VRE를 저항 Re로 나눈 VRE/Re에서 얻을 수 있다.

    VRE(아래 그림의 초록색 화살표 점선)는 다음의 차로 구할 수 있다.
    - 2N3904의 base에 걸리는 전압인 VB
    - 2N3904의 base와 emitter간의 포화 전압인 0.7V

    즉 VB-0.7V로 얻는다.

    결론적으로 VB를 알면 VRE를 알 수 있고
    VRE를 알면 Re를 선정해서 Ie를 알 수 있고
    Ie를 알면 IC를 알 수 있고
    IC를 알면 RC를 선정해서 VRC를 알 수 있고
    VRC를 알면 12V에서 VRC를 빼서 우리가 원하는 VC=Vout 알아낼 수 있게된다.

    마치 도미노가 쓰러지는것 처럼 VB를 쓰러뜨리면 주루루루룩 2N3904를 통해 Vout이 얻어지게 된다.

    2. 최종 회로도
    RC를 10KΩ로, Re를 100Ω으로 선정하여 다음과 같이 회로를 설계 하였다.

    이 회로가 제대로 동작하는지 확인 해 보자

    STEP1.
      Vin으로 10mVpk-pk의 마이크 신호가 입력

    STEP2.
      마이크 신호가 C1을 거치면서 GND를 기준으로 10mVpk-pk의 AC성분만 남음

    STEP3.
      C1을 통과한 전압은 최소 -5mV, 최대 5mV의 전압 범위를 가지며 이 전압은 전압 분배법칙에 의해
      0mV가 입력되면 : R2/(R1+R2) * 12 = 0.8V로
      +5mV가 입력되면 : +5mV + R2/(R1+R2) * 12 = 0.805V로
      -5mV가 입력되면 : -5mV + R2/(R1+R2) * 12 = 0.795V로 전압 범위가 변동됨

      즉 ±5mV의 마이크 신호가 0.795V~0.805V범위의 신호로 변경되어 2N3904에 bias됨

      이 범위의 신호는 2N3904의 on characteristics중 VBE(SAT)값인 0.65V 보다 크므로 2N3904가 적절히
      bias되어 2N3904가 turn on될 수 있음

    STEP4.
      VRE = VB-0.7 이므로
      VRE = 0.795 - 0.7 = 0.095V
      VRE = 0.805 - 0.7 = 0.105V

    STEP5.
      Ie = VRE/Re 이므로
      Ie = 0.095 / 100 = 0.95mA
      Ie = 0.105 / 100 = 1.05mA

    STEP6.
      Ie = IC 이므로
      IC = 0.95mA
      IC = 1.05mA

    STEP7.
      VRC = IC*RC 이므로
      VRC = 0.95 * 10K = 9.5V
      VRC = 1.05 * 10K = 10.5V

    STEP8.
      VC = 12V-VRC 이므로
      VC = 12 - 9.5 = 2.5V
      VC = 12 - 10.5 = 1.5V

    FINISH.
      BJT인 2N3904를 (common-emitter 증폭회로의 단점을 보완한) emitter degeneration으로 설계하여
      voltage amp를 구현했고 그 결과 10mVpk-pk의 마이크 신호를 입력하여 1.5V~2.5V범위의 1Vpk-pk를
      얻을 수 있는 100배 증폭이 가능한 회로를 만들었다.


    이렇게 해서 첫번째 포스트에선 BJT를 한 개 선정하여 선정된 부품의 특성을 살펴보았고
    두번째 포스트에선 BJT 회로들의 종류를 살펴보고 그 중 가상의 프로젝트를 위한 회로를 선정했으며
    세번째 포스트에선 회로의 동작에 대해 설명하였다.

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