12. 공통 베이스 회로

12. 공통 베이스 회로

베이스가 회로의 입력과 출력 모두에 공통으로 연결되었음을 나타내기 위해 공통 베이스라고 한다. 여기서의 입력은 이미터(E)이고, 출력은 컬렉터(C)이다.

(pnp 트랜지스터)

(npn 트랜지스터)

다음은 입력특성곡선과 출력특성곡선이다.

입력특성곡선에서 수평축은 $V_{BE}$(입력전압), 수직축은 $I_{E}$(입력전류), 매개변수는 $V_{CB}$(출력전압)이고, 출력특성곡선에서 수평축은 $V_{CB}$(출력전압), 수직축은 $I_{C}$(출력전류), 매개변수는 $I_{E}$(입력전류)이다.

출력특성곡선에는 다음의 세가지 영역이 존재한다.

1) 활성영역: 증폭기로 동작하는 영역으로 $J_{E}$는 순방향 바이어스, $J_{B}$는 역방향 바이어스이다.

$I_{E}=0$일 때, $I_{C}=I_{CO}$이고, $I_{CO}$의 단위는 $\mu\text{A}$이므로 보통 무시한다. 이때 $I_{CBO}=I_{CO}$이고,

$I_{CBO}$는 이미터(E)가 개방되었을 때 컬렉터(C)에서 베이스(B)로 흐르는 전류이고, $I_{CO}$는 이미터(E)가 개방되었을 때 컬렉터(C)에서 베이스(B)로 흐르는 역방향 포화전류이다.

온도가 증가하면 열적으로 생성된 소수캐리어에 의한 전류가 늘어나 $I_{CBO}=I_{CO}$이고 그 값은 증가하며 $I_{C}\approx I_{E}$이다.

활성영역에서 $V_{CB}$는 $I_{C}$에 거의 영향을 주지 않는다.

2) 차단영역: $J_{E},\,J_{C}$모두 역방향 바이어스이다.

컬렉터에 전류가 거의 흐르지 않는다. 트랜지스터를 스위치로 사용할 때, 이 영역에서 OFF이다.

3) 포화영역: $J_{E},\,J_{C}$모두 순방향 바이어스이다.

$V_{CB}=0$의 왼쪽영역($V_{CB}<0$)으로 작은 $V_{CB}$의 변화도 급격한 $I_{C}$의 변화를 야기한다. 트랜지스터를 스위치로 사용할 때, 이 영역에서 ON이다.

입력특성곡선은 순방향 pn접합 다이오드의 특성과 유사하고 $V_{CB}$의 값은 특성곡선에 영향을 주지 못한다.

(오른쪽의 특성곡선그래프가 사용된다)

$J_{E}$가 순방향 바이어스일 때 $V_{BE}=0.7\text{V}$(npn), $V_{EB}=0.7\text{V}$(pnp)이고, 공통베이스 구조에서 $I_{C}\simeq I_{C}\,(I_{E}=I_{C}+I_{B})$이므로 전류이득이 $1$에 가깝고 전류증폭기로는 부적합하다.

공통베이스 전류증폭

1) 직류동작에서 $\displaystyle\alpha_{dc}=\frac{I_{C}}{I_{E}}$(data sheet에서 $h_{FB}$로 표기)

2) 이미터(E)서 주입된 다수캐리어가 컬렉터(C)에 도달되는 비율을 $\alpha$(전류이득)로 볼 수 있다.

$I_{C_{\text{majority}}}=\alpha I_{E_{\text{majority}}}$, $I_{C}=I_{C_{\text{majority}}}+I_{CO_{\text{minority}}}=\alpha I_{E_{\text{majority}}}+I_{CO_{\text{minority}}}=\alpha I_{E}+I_{CBO}$이고 $I_{C}\simeq I_{E}\,(\alpha=0.9\sim0.998)$

(입력은 $\alpha I_{E}+I_{CBO}$, 출력은 $I_{C}$)

3) 교류동작에서 $\displaystyle \alpha_{ac}=\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{E}}|_{v_{CB}}$(상수)이고(data sheet에서 $h_{fb}$로 표기), $\alpha=\alpha_{dc}\simeq\alpha_{ac}$(보통 구별없이 $\alpha$로 사용한다).

공통베이스 바이어스 인가

트랜지스터의 화살표 방향을 보고 npn인지 pnp인지 알 수 있다. 들어가는 방향이면 pnp, 나가는 방향이면 npn이다.

항복영역

다이오드가 역방향 바이어스에서 전압이 증가하면 사태현상에 의해 항복영역에 도달해서 전류가 급격히 증가한다. 활성영역에서 $J_{C}$는 역방향 바이어스가 인가되므로 출력특성곡선의 오른쪽 윗부분이 이러한 항복영역을 나타낸다. 허용가능한 최대 역방향 전압을 $BV_{CBO}$로 나타낸다.

참고자료:

Electronic Devices and Circuit Theory 11th edition, Boylestad, Nashelsky, Pearson