Lecture 19. Evolution of Amplifier

우선 Lecture 18에서 깜빡하고 안다룬 PNP transistor의 large signal model과 small signal model에 대해 이야기해보자.

 

-Large Signal Model

 

이와 같이 생겼고 전류의 방향은 emitter에서 collector와 base로 나아가는 방향이다. 

 

-Small Signal Model

결과를 말하자면 PNP와 NPN small signal model이 같다. 

NPN                                                                                                 PNP  

 

EX)

 

small signal model을 구해보자. Constant Voltage source는 모두 short로 바꿔서 생각하면 된다. 

Quiz)

위와 같이 PNP와NPN이 동시에 연결된 상태에서 small signal model을 살펴보자. 

 

Constant Voltage source 는 short으로 생각해주면 위와 같은 결과를 얻을 수 있다. 여기서 중요한 것은 해석이다. 

우선 ro1과 ro2의 관계를 살펴보자.

A는 Q1과 Q2가 collector를 공유하는 node이다. B는 emitter를 공유하는 node이다. 그럼 ro1과 ro2는 두개의 node를 공유하는 저항으로 위와 같이 병렬구조로 존재하고 있음을 생각해 볼 수 있다. 

 

rpi도 마찬가지로 병렬구조이다. 그리고 current source 도 emitter를 공유하고 있고 collector 또한 공유하고 있으므로 병렬구조 이다. Emitter를 공유하고 있으므로 Vpi또한 같은 전압이다. 

 

 

-Amplifier

 

Step1: Select a Topolgy

 

Step2: Create proper bias conditions for all transistors

 

Step3: Analyze the small signal properties of the amplifier and see if they are satisfactory

 

 

-Amplifier Characteristic

증폭기는 말그대로 위의 그림과 같이 증가하는 것을 말한다. 그럼 여기서 증폭기에서 중요하게 생각하는 특징은 voltage gain 이다. 아래와 같이 voltage gain을 표현한다. 

Voltage Gain

또 다른 특징으로 power consumption이 있다. 배터리로부터 bias current를 가져올때 소모하는 전력이 있다. 이는 나중에 배우자.

 

Let's Build an Amplifier

 

이 이야기는 Bipolar Transistor를 이용해 dependent current source를 만들기전에 봤던 회로이다. 이 회로에서  dependent source에 의해 Voltage to Current conversion이 발생한다. 그래서 우리는 아래와 같이 transistor를 사용한다. 

이 회로에서는 transistor가 bias가 안되어있다. 즉 Ic가 존재하지 않고 amplifier의 역할을 하지 못하고 있다. 그럼 bias를 연결해주면 된다. 

이렇게 되면 Vbe가 양수임으로 Ic가 존재해야 된다. 그런데 여기서 문제가 있다. Ico가 도대체 어디서 나오냐는 것이다. 그리고 forward active region 조건을 만족시키는지 확인해 봐야한다. 

결과적으로 말하자면 당연히 전압원이 없으므로 forward active region 조건을 만족시켜주지 못한다. 그러므로 collector에서의 bias가 필요하다.

그럼 위와 같이 base와 emitter에 각각 biasing을 해준 회로에서 Vce를 구해보자.

현재 Vbe가 0.8V임으로 공식을 이용해 Ic를 구할수 있다. 그럼 이를 바탕으로 KVL을 하면 아래와 같이 식을 전개할 수 있다. 

이렇게되면 Vce>Vbe임으로 forward active region을 만족시킨다. 이와 같이 load저항을 collector에 연결하고 bias를 지켜준 회로를 Common Emitter 라고 부른다. 이는 다음 시간...

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V/R

 

 

윤.