공동 컬렉터 증폭기! Common Collector Amplifier! 요것도 알아봐야제~ 냥냥김치~

공통 컬렉터 증폭기

공통 컬렉터 증폭기는 입력 신호와 동위상인 이미터 부하에 걸쳐 출력 전압을 생성합니다.

공통 컬렉터 증폭기는 입력 신호가 베이스 단자에 적용되고 출력 신호가 이미터 단자에서 가져오는 또 다른 유형의 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 구성입니다. 따라서 컬렉터 단자는 입력 회로와 출력 회로 모두에 공통입니다. 이러한 유형의 구성을 공통 컬렉터(CC)라고 합니다. 컬렉터 단자가 전원 공급 장치를 통해 효과적으로 "접지"되거나 "접지"되기 때문입니다.

여러 면에서 공통 컬렉터 (CC) 구성은 공통 이미터(CE) 구성과 반대입니다. 연결된 부하 저항이 RC라고 표시된 일반 컬렉터 단자에서 RE라고 표시된 이미 터 단자 로 이동하기 때문입니다 .

공통 컬렉터 또는 접지된 컬렉터 구성은 일반적으로 높은 임피던스 입력 소스를 높은 전류 이득이 필요한 낮은 임피던스 출력 부하에 연결해야 하는 경우에 사용됩니다. 아래의 공통 콜렉터 증폭기 회로를 고려하십시오.

NPN 트랜지스터를 사용하는 공통 컬렉터 증폭기

 

저항 R 1 및 R 2 는 NPN 트랜지스터를 전도로 바이어스하는 데 사용되는 간단한 전압 분배기 네트워크를 형성합니다. 이 전압 분배기는 트랜지스터에 가벼운 부하를 주기 때문에 기본 전압 V B 는 그림과 같은 간단한 전압 분배기 공식을 사용하여 쉽게 계산할 수 있습니다.

전압 분배기 네트워크

트랜지스터의 컬렉터 단자가 V CC 에 직접 연결되고 컬렉터 저항이 없는 경우(R C = 0) 모든 컬렉터 전류는 이미터 저항 R E 에 걸쳐 전압 강하를 생성합니다 .

그러나 공통 컬렉터 증폭기 회로에서는 동일한 전압 강하 VE 가 출력 전압 V OUT 을 나타내기도 합니다 .

이상적으로는 RE 의 DC 전압 강하가 공급 전압의 절반인 V CC 가 되어 트랜지스터 대기 출력 전압이 클리핑되지 않은 최대 출력 신호를 허용하는 특성 곡선의 중간에 위치하도록 할 수 있습니다. 따라서 RE 의 선택은 I B 와 트랜지스터 전류 이득 Beta, β 에 따라 크게 달라집니다 .

베이스-이미터 pn 접합이 순방향 바이어스됨에 따라 베이스 전류는 접합을 통해 이미터로 흐르고 트랜지스터 동작을 촉진하여 훨씬 더 큰 컬렉터 전류 IC가 흐르게 합니다. 따라서 이미터 전류는 I E  = I B  + IC 와 같이 베이스 전류와 컬렉터 전류의 조합입니다 . 그러나 베이스 전류는 컬렉터 전류에 비해 매우 작기 때문에 이미터 전류는 컬렉터 전류와 거의 동일합니다. 따라서 I E  ≒ I C

공통 이미터(CE) 증폭기 구성과 마찬가지로 입력 신호는 트랜지스터 베이스 단자에 적용되고, 앞서 말했듯이 증폭기 출력 신호는 이미터 이미터 단자에서 가져옵니다. 그러나 트랜지스터 베이스와 이미터 단자 사이에는 순방향 바이어스 pn 접합이 하나만 있기 때문에 베이스에 인가되는 모든 입력 신호는 접합부를 통해 이미터로 직접 전달됩니다. 따라서 이미터에 존재하는 출력 신호는 베이스에 적용된 입력 신호와 동위상입니다.

증폭기 출력 신호는 이미터 부하 전체에서 가져오므로 이 유형의 트랜지스터 구성은 이미터 출력이 약 0.7V로 유지된다는 점을 제외하고 기본 입력 신호에 대한 모든 전압 변화를 "추종"하거나 추적하므로 이미터 팔로워 회로라고도 합니다. (V BE )는 기본 전압보다 낮습니다. 따라서 V IN 및 V OUT 은 동위상이므로 입력 신호와 출력 신호 사이의 위상차가 0이 됩니다.

즉, 이미터 pn 접합은 순방향 바이어스 다이오드로 효과적으로 작동하며 작은 AC 입력 신호의 경우 이 이미터 다이오드 접합은 다음과 같은 저항을 갖습니다. r' e  = 25mV/I e 여기서 25mV는 접합의 열 전압입니다. 실온 (25oC)에서 I e는 이미 터 전류입니다. 따라서 이미터 전류가 증가함에 따라 이미터 저항은 그에 비례하여 감소합니다.

이 내부 베이스-이미터 접합 저항을 통해 흐르는 베이스 전류는 또한 외부에 연결된 이미터 저항 R E 를 통해 흘러나갑니다 . 이 두 저항은 직렬로 연결되어 전압 강하를 생성하는 전위 분배 네트워크 역할을 합니다. r'e 의 값은 매우 작고 RE 는 일반적 으로 킬로옴(kΩ) 범위에서 훨씬 더 크므로 증폭기 출력 전압의 크기는 입력 전압보다 작습니다.

그러나 실제로 출력 전압(피크 대 피크)의 크기는 일반적으로 입력 전압의 98~99% 값으로, 대부분의 경우 단위 이득으로 간주될 만큼 충분히 가깝습니다.

기본 전압 V B 가 실제로 입력 전압 V IN 이라고 가정하면 표시된 전압 분배기 공식을 사용하여 공통 콜렉터 증폭기의 전압 이득 V A 를 계산할 수 있습니다 .

공통 컬렉터 증폭기 전압 이득

 

따라서 공통 콜렉터 증폭기는 전압 증폭을 제공할 수 없으며 공통 콜렉터 증폭기 회로를 설명하는 데 사용되는 또 다른 표현은 명백한 이유로 전압 팔로워 회로 입니다. 따라서 출력 신호가 입력을 밀접하게 따르고 입력과 동위상이기 때문에 공통 컬렉터 회로는 비반전 단일 전압 이득 증폭기입니다.

공통 콜렉터 증폭기 예제 No1

공통 컬렉터 증폭기는 NPN 바이폴라 트랜지스터와 전압 분배기 바이어싱 네트워크를 사용하여 구성됩니다. R 1  = 5k6Ω, R 2  = 6k8Ω이고 공급 전압은 12V인 경우. 4k7Ω의 부하 저항이 사용될 때 V B , VC 및 VE , 이미터 전류 I E , 내부 이미터 저항 r' e 및 증폭기 전압 이득 A V 값을 계산합니다 . 또한 부하선을 사용하여 최종 회로와 해당 특성 곡선을 그립니다.

1. 기본 바이어싱 전압, V B

2. 콜렉터 전압, V C . 콜렉터 부하 저항이 없으므로 트랜지스터 콜렉터 단자는 DC 공급 레일에 직접 연결되므로 VC = V CC = 12V입니다.

3. 이미터 바이어싱 전압, VE

4. 이미터 전류, I E

5. AC 이미터 저항, r'e

6. 전압 이득, AV

부하 라인이 있는 공통 컬렉터 증폭기 회로

공통 컬렉터 입력 임피던스

공통 컬렉터 증폭기는 전압 증폭기로서 그다지 좋지는 않지만, 우리가 본 것처럼 소신호 전압 이득은 대략 1(A V  ≅ 1)이기 때문에 매우 우수한 전압 버퍼 회로를 만듭니다. 높은 입력(Z IN ) 및 낮은 출력(Z OUT ) 임피던스를 통해 부하 임피던스 부하로부터 입력 신호 소스 간 절연을 제공합니다.

공통 컬렉터 증폭기의 또 다른 유용한 특징은 전도하는 동안 전류 이득(A i )을 제공한다는 것입니다. 즉, 베이스 전류 I B 의 작은 변화에 응답하여 컬렉터에서 이미터로 흐르는 큰 전류를 전달할 수 있습니다 . R C 가 없으므로 이 DC 전류에는 R E 만 표시된다는 점을 기억하세요 . 그러면 DC 전류는 간단합니다. V CC /RE E 는 RE 가 작 으면 커질 수 있습니다 .

아래의 기본 공통 컬렉터 증폭기 또는 이미터 팔로워 구성을 고려하십시오.

공통 컬렉터 증폭기 구성

회로의 AC 분석을 위해 커패시터는 단락되고 V CC 는 단락됩니다(임피던스 0). 따라서 등가 회로는 다음과 같이 주어진 바이어싱 전류 및 전압과 함께 제공됩니다.

 

베이스를 들여다보는 공통 컬렉터 구성의 입력 임피던스, Z IN은 다음과 같습니다.

그러나 베타로서 β 는 일반적으로 1보다 훨씬 큽니다(보통 100 이상). β + 1 의 표현은 베타로 축소될 수 있습니다. β는 100을 곱하는 것이 사실상 101을 곱하는 것과 같습니다. 따라서:

공통 컬렉터 증폭기 베이스 임피던스

여기서: β는 트랜지스터 전류 이득이고, Re 는 등가 이미터 저항이고, r'e는 이미 터 기반 다이오드의 AC 저항입니다. Re 의 결합된 값은 일반적으로 다이오드 등가 저항, r'e(몇 옴에 비해 킬로옴)보다 훨씬 크기 때문에 트랜지스터 기본 임피던스는 간단히 다음과 같이 주어질 수 있습니다. β *R e .

여기서 주목해야 할 흥미로운 점은 트랜지스터 입력 베이스 임피던스 Z IN(베이스) 가 병렬 연결되어 있기 때문에 이미터 레그 저항 RE 또는 부하 저항 R L의 값에 의해 제어될 수 있다는 것 입니다 .

위의 방정식은 트랜지스터 베이스를 들여다보는 입력 임피던스를 제공하지만, 소스 신호가 전체 증폭기 회로를 들여다보는 실제 입력 임피던스를 제공하지는 않습니다. 이를 위해서는 전압 분배기 바이어싱 네트워크를 구성하는 두 개의 저항을 고려해야 합니다. 따라서:

공통 컬렉터 증폭기 입력 임피던스

공통 컬렉터 예제 No2

위의 공통 컬렉터 증폭기 회로를 사용하여 부하 저항 R L 이 10kΩ이고 NPN 트랜지스터 전류 이득이 100인 경우 트랜지스터 베이스 및 증폭기 스테이지의 입력 임피던스를 계산합니다.

1. AC 이미터 저항, r'e

2. 등가 부하 저항, R e

3. 트랜지스터 베이스 임피던스, Z BASE

2. 증폭기 입력 임피던스, Z IN(STAGE)

322kΩ 의 트랜지스터 기본 임피던스는 2.8kΩ 의 증폭기 입력 임피던스보다 훨씬 높으므로 공통 컬렉터 증폭기의 입력 임피던스는 두 개의 바이어스 저항기 R 1 및 R 2 의 비율에 의해 결정됩니다 .

콜렉터 출력 임피던스

부하에서 다시 증폭기 이미터 단자를 바라보는 CC 증폭기 출력 임피던스 Z OUT 를 결정 하려면 부하를 구동하는 증폭기의 유효 저항을 확인하기 위해 먼저 부하를 제거해야 합니다. 따라서 증폭기 출력을 조사하는 AC 등가 회로는 다음과 같이 제공됩니다.

위에서 기본 회로의 입력 임피던스는 R B  = R 1 ||R 2 로 지정됩니다 . 트랜지스터의 전류 이득은 다음과 같이 주어진다: β . 따라서 출력 방정식은 다음과 같이 제공됩니다.

그러면 이미터 저항 R E 가 이미터 단자를 되돌아보는 트랜지스터의 전체 임피던스와 효과적으로 병렬임을 알 수 있습니다 .

위의 구성 요소 값을 사용하여 공통 이미터 증폭기 회로의 출력 임피던스를 계산하면 출력 임피던스 Z OUT 은 50Ω(49.5Ω) 미만이 되며 이는 더 높은 입력 임피던스인 Z IN(BASE) 보다 훨씬 작습니다. 이전에 계산되었습니다.

따라서 우리는 계산을 통해 공통 컬렉터 증폭기 구성이 매우 높은 입력 임피던스와 매우 낮은 출력 임피던스를 갖고 있어 낮은 임피던스 부하를 구동할 수 있음을 알 수 있습니다. 실제로 CC 증폭기는 상대적으로 높은 입력 임피던스와 매우 낮은 출력 임피던스로 인해 일반적으로 단위 이득 버퍼 증폭기로 사용됩니다.

위 예제 증폭기의 출력 임피던스 Z OUT이 계산에 의해 약 50Ω이라고 판단한 후, 이제 10kΩ 부하 저항을 회로에 다시 연결하면 결과 출력 임피던스는 다음과 같습니다.

부하 저항은 10kΩ이지만 등가 출력 저항은 49.3Ω으로 여전히 낮습니다. 이는 R L 이 Z OUT 에 비해 크기 때문에 최대 전력 전달을 위해서는 R L 이 Z OUT 과 같아야 하기 때문입니다 . 공통 컬렉터 증폭기의 전압 이득은 1로 간주되므로(1), 증폭기 전력 이득은 전류 이득과 같아야 합니다(P = V*I).

공통 컬렉터 전류 이득은 베이스 전류에 대한 이미터 전류의 비율( γ = I E /I B  = β + 1 )로 정의되므로 증폭기 전류 이득은 다음과 같이 베타(β)와 대략 같아야 합니다. β + 1 은 사실상 베타와 동일합니다.

튜토리얼 요약

우리는 공통 컬렉터 증폭기 에 대한 이 튜토리얼에서 BJT의 컬렉터 단자가 컬렉터 저항 RC가 없기 때문에 입력 및 출력 회로 모두에 공통이기 때문에 이 이름이 붙여진 것을 확인 했습니다 .

공통 컬렉터 증폭기의 전압 이득은 대략 1(A v  ≅ 1)과 같고 전류 이득 A i 는 베타(A i ≅β) 와 대략 같습니다. 이는 특정 트랜지스터 베타 값의 값에 따라 달라집니다. 조용히 높아질 수 있어요.

또한 계산을 통해 입력 임피던스 Z IN 은 높고 출력 임피던스 Z OUT 은 낮아서 임피던스 정합(또는 저항 정합) 목적이나 전압 소스와 저전압 소스 사이의 버퍼 회로로 유용하다는 것을 확인했습니다. 임피던스 부하.

공통 컬렉터(CC) 증폭기는 이미터 부하 전체에서 가져온 출력 전압을 사용하여 베이스에 대한 입력 신호를 수신하므로 입력 및 출력 전압은 "동위상"(0o 위상차 )이므로 공통 컬렉터 구성은 다음과 같습니다. 출력 전압(이미터 전압)이 입력 베이스 전압을 따르기 때문에 이미터 팔로워( Emitter Follower ) 라는 보조 이름으로 사용됩니다 .