Lecture 28. Emitter Follower & Summary

본격적으로 이야기해보기 전에 두 가지를 언급하고 넘어가려고 한다. 

1)

이와 같은 회로에서 emitter에서의 impedance 값을 구해보자. 우선 base에 R1과 R2가 존재하는데 ssm에서 이 두 저항은 병렬로 연결되어 있다. 그럼 저번에 말한 것처럼 base의 저항을 1/(1+beta)배 만큼 감소하게 된다. 이를 바탕으로 Ra와 Rb를 구해서 병렬로 합쳐주면 우리가 원하는 impedance 값을 구할 수 있다. 

2)

위와 같은 방법이 있고 아래와 같은 회로에서 emitter follower라고 생각하면 base가 input emitter가 output이다. 

옆에 간단한 회로로 나타내면 thevinen circuit을 구했다고 생각하면 된다. 그럼 Rout을 쉽게 구해 줄 수 있다. 이 테프난 회로는 아래와 같이 생각해서 구해주었다. 

그럼 테프난 회로로 간단히 나타내 준 회로에서 Rin을 구하면 그냥 저항의 합으로 생각하면 될까?? 

당연히 안된다. 왜냐하면 위에서 그렸듯이 Re를 제외한 회로를 하나로 간단하게 나타내는 과정에서 정보를 살짝 잃기 때문이다. 굳이 말하자면 그냥 안된다고 생각하면 된다. 나는 그래서 첫 번째 방법을 자주 이용한다. 

 

Gain이 1보다 작은 emitter follower의 장점

 

-Emitter Follower를 buffer로 사용할 수 있다. 

위의 회로에서 예전에 이야기한것 처럼 Rsp의 작은 값으로 인해 gain의 값이 매우 낮아지는 문제가 발생했다. 그래서 emitter follower를 이용해 아래와 같이 이용하면 

이 회로에서 gain을 구하기 위해 Vout/Vin=Vx/Vin*Vout/Vx로 생각해서 구해보자. 

우선 Vx/Vin을 구할때 collector의 저항의 값을 구하기 위해 Q2의 Rin의 값을 구하면 Q2 emitter의 저항값이 Re||Rsp임으로 이 값이 1+beta 만큼 증폭되어 rpi와 직렬로 연결되어 나타난다. 그 결과 아래와 같은 gain을 얻을 수 있다. 

이를 바탕으로 Vout/Vx를 구하면 아래와 같다. 

이를 곱하면 gain을 구해 줄 수 있는데 여기서 이제 emitter follower를 이용하는 이유를 생각해보면 Rsp||Re의 저항값이 1+beta 만큼 증폭되는 부분에서 장점이 있다. 즉 원래 Rsp만 있을 때는 Rc와 병렬로 연결되어 CE Stage의 gain 값이 낮아졌는데 emitter follower로 인해 Rsp||Re의 값이 증폭되면서 gain 값을 유지시켜 줄 수 있게 된다. 

또는 1/(beta+1)만큼 x node의 저항 값이 감소하고 이로 인해 Rsp와 impedance matching이 성립하게 되어 우리가 원하는 gain의 값을 얻게 해주는 이러한 저항의 값 조절을 하는데 이점이 있는 게 emitter follower이다. 

 

그럼 이제 early effect를 고려하면 어떨지 생각해 보자. ro는 emitter와 collector 사이를 연결해주는 저항으로 아래와 같이 표현할 수 있다. 

이를 바탕으로 위와 같이 Rin과 Rout을 구해줄 수 있다. 

 

이제 지금까지 배운 CE stage CB stage emitter follower 세가지를 요약해 보자. 

 

CE Stage

 

CE Stage에서 base의 전압을 일정하게 해주면 current source로 사용될 수 있다. 

CB Stage

이번에는 common base stage를 보자. 

CB stage에서는 early effect를 고려한 상태를 적어도 우리가 배운 내용에서는 따지지 않는다. 

 

Emitter Follower(Common Collector Stage)

 

early effect를 고려하지 않으면 위와 같고 고려해도 Re||ro로 나타내 주면 된다. 

 

-Useful Impedance Expression

위와 같이 transistor에서의 저항의 값을 외워주면 나중에 계산할 때 편리하다.

 

Quiz)

 

위의 회로에서 gain을 구해보자. Q1이야 우리가 알던 회로지만 Q2는 조금 이상하다. base와 collector가 연결되어 있는데 이 회로를 Diode Connected Transistor라고 부른다. Diode라 부르는 이유는 같은 전류 Ic가 흐르는 경우 진짜 diode의 impedance값과 비슷하기 때문에 이와 같이 부른다. 그럼 Q2의 collector의 저항의 값을 구하기 위해 ssm을 그리면 아래와 같다. 

여기서 Vpi=-Vx임으로 이를 KCL해주면 R=1/gm으로 쉽게 구할 수 있다. 이를 이용해 회로를 다시 그리면 

이를 바탕으로 CE stage gain을 구하면 위와 같이 구해 줄 수 있다. 

 

Ex)

 

여기서 특징은 PNP를 사용했다는 것인데 NPN과 PNP는 small signal model이 같으므로 크게 신경 쓰지 않고 gain을 계산해주면 아래와 같이 구하면 된다. 

 

V/R

 

 

윤.