공통 이미터 증폭기: 설계, 측정 및 피드백 기법

부품 및 재료

• NPN 트랜지스터 1개 (2N2222 또는 2N3403 권장; Radio Shack #276-1617에 15개 팩)
• 6V 배터리 2개
• 10kΩ 단일 회전 선형 전위차계 1개 (Radio Shack #271-1715)
• 1MΩ 저항 1개
• 100kΩ 저항 1개
• 10kΩ 저항 1개
• 1.5kΩ 저항 1개

참조 자료

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapter 4: Bipolar Junction Transistors (바이폴라 접합 트랜지스터)

학습 목표

• 간단한 공통 이미터 증폭기 회로 설계
• 증폭기 전압 이득 측정
• 반전 및 비반전 증폭기 구분
• 부정 귀환으로 안정성 개선 적용

회로도

 

실물 배선도

 

실험 방법

회로를 구성하고 전위차계 설정 범위에서 출력 전압(컬렉터-그라운드)과 입력 전압(전위차계 와이퍼-그라운드)을 측정하세요. 먼저 전위차계 최저에서 최고까지 쓸어 전체 출력 전압 범위를 파악하세요. 그런 다음 몇 가지 중간 목표 전압(예: 1V, 3V, 5V, 7V, 9V, 11V)을 골라 해당 입력 전압을 기록하세요.

최소 두 데이터 쌍으로 전압 이득을 출력 변화량/입력 변화량 비율로 계산하세요. 예: 1.5V 입력 → 7.0V 출력, 1.66V 입력 → 1.0V 출력이면 이득 = (7.0–1.0)/(1.66–1.5) = 6/0.16 ≈ 37.5.

두 가지 핵심 관찰이 나옵니다: 반전 — 입력 전압 증가가 출력 전압 감소를 낳아 반전 증폭기임 확인; 그리고 큰 전압 이득 — 전압 추종자의 유니티 이득을 훨씬 초과합니다.

공통 이미터 증폭기는 높은 이득으로 가치가 있지만 온도에도 민감합니다. 트랜지스터를 가열(손이나 헤어드라이어)해 고정 입력에서 출력 전압 이동을 관찰하세요. 반대로 얼음으로 식히고 변화를 보세요. 온도 변화는 베이스-이미터 접합을 바꿔 주어진 입력에 대한 베이스 전류를 수정하고, 이로 인해 컬렉터 전류와 출력 전압이 변합니다.

부정 귀환으로 온도 드리프트를 완화할 수 있습니다. 가장 간단한 방법은 이미터와 그라운드 사이에 저항을 추가해 전압 분배기를 만들어 입력 감도를 낮추는 것입니다. 아래 다이어그램 참조.

 

 

 

1.5kΩ 이미터 저항을 장착한 상태에서 전압 측정을 반복하세요. 감소된 이득을 재계산하고 온도 안정성을 다시 테스트하세요. 저항 유무에 따른 출력 변동 폭을 비교하세요.

대체 피드백 기법으로 출력을 고저항(예: 컬렉터와 베이스 사이 1MΩ)으로 입력에 되먹임하는 방법도 있습니다. 이것도 이득을 낮추며 안정성을 높이지만, 두 방식의 출력 범위는 다릅니다. 두 회로의 풀-스윕 전압 한계가 어떻게 다른지 관찰하세요.

 

 

 

컴퓨터 시뮬레이션

노드 번호가 표시된 SPICE 회로도:

 

 

넷리스트 (다음 내용을 정확히 포함한 텍스트 파일 생성):

Common-emitter amplifier
vsupply 1 0 dc 12
vin 3 0
rc 1 2 10k
rb 3 4 100k
q1 2 4 0 mod1
.model mod1 npn bf=200
.dc vin 0 2 0.05
.plot dc v(2,0) v(3,0)
.end

이 SPICE 시뮬레이션은 vin에 0~2V DC 스윕을 가하고 컬렉터-그라운드 전압을 기록합니다. 출력 플롯은 트랜지스터가 활성 영역에 진입할 때 계단 모양 전이를 보여줍니다.

 

관련 워크시트

• Class A BJT Amplifiers Worksheet