[결과 레포트]

BJT의 고정 바이어스 및

전압분배기 바이어스

1. 실험의 목적

- 고정 바이어스와 전압분배기 바이어스회로의 직류 동작점을 결정한다.

2. 실험장비

(1) 계측장비

DMM

(2) 부품

◇ 저항

680 Ω (1개)

2.7 ㏀ (1개)

1.8 ㏀ (1개)

6.8 ㏀ (1개)

33 ㏀ (1개)

1 ㏁ (1개)

◇ 트랜지스터

2N3904 (1개)

2N4401 (1개)

(3) 공급기

직류 전원 공급기

3. 실험 순서

1) β 의 결정

a. 2N3904 TR을 사용하여 그림 9-1의 회로를 구성하라. 측정된 저항치를 기입하라

0.998㏁

2.667㏀

b. 전압 VBE와 [eqn: V _{R _{c}}] 를 측정하라.

(측정치) [eqn: V _{BE}] = 0.696 V

(측정치) [eqn: V _{R _{c}}] = 12.28 V

c. 측정된 저항치를 사용하여 다음 식으로 베이스 전류를 계산하라.

[eqn: I _{B} `= {`V _{R _{B}}} over {R _{B}} = {V _{CC} ``-`V _{BE}} over {R _{B}}]

(20 -  0.696) V / 988,000 Ω = 19.538 ㎂

그리고 콜렉터 전류는 다음 식으로 계산하라.

[eqn: I _{C} ```=` {V _{R _{C}}} over {R _{c}}]

12.28 V / 2.667 ㏀ = 4.60442 ㎃

전압 [eqn: V _{R _{B}}] 는 높은 저항 RB에 걸리는 미터의 부하효과 때문에 IB결정으로 바로 측정되지는 않았다. IB와 IC의 값을 표 9.1에 적어라

d. 순서 c의 결과를 사용하여 β를 계산해서 표 9.1에 기록하라. 이 β값은 실험이 계속 되는 동안 2N3904에 사용될 것이다.

[eqn: beta ``= {I _{c}} over {I _{B}}]

표 9.1

트랜지스터 명	VB[V]	IC[㎃]	IB[㎂]	β
2N3904	19.304	4.60442	19.538	235.66486

2) 고정 바이어스 회로

a. 단계1)에 결정된 β를 사용하여, 측정된 저항치와 공급전압, 위에서 측정된 VBE의 값을 사용하여 그림 9-1의 회로에 대한 IB와 IC의 값을 계산하라. 즉 회로의 파라미터와 β 값을 사용하여 IB와 IC의 이론치를 결정하라. 계산된 IB와 IC를 순서 1)에서의 값과 비교하라.

(계산치) [eqn: I _{B}] = 19.4 ㎂

(계산치) [eqn: I _{C}] = 4.65 ㎃

b. 순서 a의 결과를 사용하여 VB, VC, VE, VCE의 값을 계산하라.

(측정치) [eqn: V _{B}] = 19.320 V

(측정치) [eqn: V _{C}] = 12.480 V

(측정치) [eqn: V _{E}] = 20.000 V

(측정치) [eqn: V _{CE}] = 07.511 V

c. 그림 9-1의 회로에 전원을 넣고,  VB, VC, VE, VCE의 값을 측정하라. 측정된 값들을 순서 b에서 계산된 값들과 비교하라.

(계산치) [eqn: V _{B}] = 19.260 V

(계산치) [eqn: V _{C}] = 12.300 V

(계산치) [eqn: V _{E}] = 20.000 V

(계산치) [eqn: V _{CE}] = 07.630 V

d. 다음 실험에서는 보다 높은 β를 가지는 TR에 대해 위의 여러단계를 반복할 것이다. 다른 β값들이 중요한 회로 바이어스 값에 미치는 영향을 알아보자. 그림 9-1로부터 2N3904 TR을 제거하고 2N4401 TR을 넣어라. 단계 1)에서처럼 모든 저항과 VCC 전압을 그대로 유지하라. 전압 VBE와 [eqn: V _{R _{C}}] 값을 측정하고, 측정된 저항치로 같은 방정식을 이용하여 IB와 IC의 값을 계산하라. 그 때 2N4401 TR의 β값을 결정하라.

(측정치) [eqn: V _{BE}] = 0.656 V

(측정치) [eqn: V _{R _{c}}] = 12.81 V

[eqn: I _{B} `= {`V _{R _{B}}} over {R _{B}} = {V _{CC} ``-`V _{BE}} over {R _{B}}]

(20 -  0.656) V / 988,000 Ω = 19.57894737 ㎂

[eqn: I _{C} ```=` {V _{R _{C}}} over {R _{c}}]

12.21 V / 2.667 ㏀ = 4.578178 ㎃

[eqn: beta ``= {I _{c}} over {I _{B}}]

표 9.1

트랜지스터 명	VB[V]	IC[㎃]	IB[㎂]	β
2N4401	0.656	4.578	19.589	233.7025

e. 다음 식을 이용하여 트래닞스터의 변화에 기인하는 직류 바이어스 값의 백분율 크기를 계산하라. 이상적으로 중요한 전압과 전류의 값은 TR이 바뀌더라도 변하지 않아야 한다. 그러나 고정 바이어스 회로는 결과에 나타나듯이 β의 변화에 민감하게 변한다. 표 9.2에 꼐산 결과를 기록하라

[eqn: %` DELTA beta ``= {LEFT | beta _{(4401)} `-` beta _{(3904)} RIGHT | `} over {beta _{(3904)}} ` TIMES `100%]

[eqn: %` DELTA I _{C} ``= {LEFT | I _{C(4401)} `-`I _{C(3904)} RIGHT | `} over {I _{C(3904)}} ` TIMES `100%]

[eqn: %` DELTA V _{CE} ``= {LEFT | V _{CE(4401)} `-`V _{CE(3904)} RIGHT | `} over {V _{CE(3904)}} ` TIMES `100%]

[eqn: %` DELTA I _{B} ``= {LEFT | I _{B(4401)} `-`I _{B(3904)} RIGHT | `} over {I _{B(3904)}} ` TIMES `100%]

표 9.2

[eqn: % DELTA beta]	[eqn: % DELTA V_C]	[eqn: % DELTA V _CE]	[eqn: % DELTA V_B]
5.63	5.59	9.5	0

3) 전압 분배기 바이어스 회로

a. 2N3904 TR을 사용하여 그림 9-1의 회로를 구성하라. 측정된 저항치를 기입하라

b. 2N3904 TR에 대한 단계 1에서 결정된 β 값을 사용하여 그림 9-2의 회로에서 VB, VE, IE, IC, VC, VCE, IB의 이론치를 계산하라. 결과를 표 9.3에 기록하라.

c. 그림 9-2의 회로에 전원을 넣고 VB, VE, VC, VCE 값을 측정하고 표 9.3에 기록하라. 추가로 [eqn: V_R_1]과 [eqn: V_R_2] 전압을 가능한 가장 높은 정확도로 측정하라 즉 100분의 1 또는 1000분의 1까지 양을 측정하라. 읽혀진 전압과 측정된 저항치로부터 전류 [eqn: I _{E} ``,`I _{C} ```,``I _{1} `,``I _{2}]  를 계산하라. I1과 I2의 결과를 사용하여 키르히호프의 전류 법칙을 사용하여 전류 IB를 계산하라. 표 9.3에 IE, IC, IB의 계산치를 기록하라.

표 9.3

2N3904	VB	VE	VC	VCE	IE(㎃)	IC(㎃)	IB(㎂)
계산치(순서b)	3.4	2.7	7.1	10.56	3.93	3.945	16.6
측정치(순서c)	3.355	2.66	6.95	10.33	3.92	3.92	16.4

표 9-3에 나타낸 계산치와 측정치를 비교하라. 설명될 필요가 있는 어떤 중요한 차이가 있는가?

>> 값에는 큰 차이가 없다.

d. 순서 3(c)로부터 측정된 VCE 값과 계산된 IC와 IB값을 단계 1)로부터 β의 크기에 따라 표 9-4에 기입하라.

표 9.4

트랜지스터 명	VCE[V]	IC[㎃]	IB[㎂]	β
2N3904	12.6	4.11	519	7.92

e. 그림 9-2의 2N3904 TR을 2N4401 TR로 대체하라. 그 때 전압 VB, VE, VC, VCE 값을 측정하고 표 9.3에 기록하라. 추가로 [eqn: V_R_1]과 [eqn: V_R_2] 전압을 가능한 가장 높은 정확도로 측정하라 즉 100분의 1 또는 1000분의 1까지 양을 측정하라. 읽혀진 전압과 측정된 저항치로부터 전류 [eqn: I _{E} ``,`I _{C} ```,``I _{1} `,``I _{2}]  를 계산하라. I1과 I2의 결과를 사용하여 키르히호프의 전류 법칙을 사용하여 전류 IB를 계산하라. 표 9.3에 IE, IC, IB의 계산치를 기록하라. 또한 VCE 값과 계산된 IC와 IB,  β의 크기에 따라 표 9-4에 기입하라.

표 9.3

2N3904	VB	VE	VC	VCE	IE(㎃)	IC(㎃)	IB(㎂)
계산치(순서b)	3.402	2.725	7.23	10.15	4.03	4.02	16.5
측정치(순서c)	3.359	2.710	7.10	10.13	3.99	3.98	16

표 9.4

트랜지스터 명	VCE[V]	IC[㎃]	IB[㎂]	β
2N3904	12.6	4.14	519	7.96

f. 표 9.4의 데이터로부터 β, IC, VCE, IB 의 백분율을 계산하라. 순서 2)e, 방정식

[eqn: %` DELTA beta ``= {LEFT | beta _{(4401)} `-` beta _{(3904)} RIGHT | `} over {beta _{(3904)}} ` TIMES `100%]

[eqn: %` DELTA I _{C} ``= {LEFT | I _{C(4401)} `-`I _{C(3904)} RIGHT | `} over {I _{C(3904)}} ` TIMES `100%]

[eqn: %` DELTA V _{CE} ``= {LEFT | V _{CE(4401)} `-`V _{CE(3904)} RIGHT | `} over {V _{CE(3904)}} ` TIMES `100%]

[eqn: %` DELTA I _{B} ``= {LEFT | I _{B(4401)} `-`I _{B(3904)} RIGHT | `} over {I _{B(3904)}} ` TIMES `100%]

에 나타난 공식을 사용하여 표 9.5에 결과를 기록하라

표 9.5

[eqn: % DELTA beta]	[eqn: % DELTA V_C]	[eqn: % DELTA V _CE]	[eqn: % DELTA V_B]
0.5	0.48	0	0

4. 결론

고정 바이어스와 전압 분배기 바이어스의 회로의 각각의 직류 동작점을 확인하고 그 차이를 알 수 이었다. 특히 고정바이어스는 전압 분배기 바이어스에 비해 안정도가 낮다는 것을 확연히 알 수 있었다.