들어가며 pspice 소개

pspice 프로그램은 전자실험을 실제 회로를 구성하지 않고 수행할 수 있게 해주는 시뮬레이션 프로그램이다.
장단점은 명확한데, 장점은 언급했듯이 단순히 마우스 작업 몆 번과 파라미터 등을 정해줌으로써 편리하게 수행할 수 있으며, us, ns등의 작은 단위의 시간과 전압/전류 등을 쉽게 측정할 수 있다.
단점은 어쨌든 이 전자회로는 실제 물리세계에서 존재하기에 실 회로를 구성함에 있어서 비변인적 요소(온도, 습도, 회로의 물성에 따른 저항값 변동)을 적용하는 것에 있어 한계가 존재하기 때문에 우리는 이를 통해 실제 문제에 접근하는데 적확한 값을 낼 수 없으며, 오차를 필연적으로 포함한 값을 낼 수밖에 없다. 이런 특성은 물리적인 하드웨어에 관한 모든 시뮬레이션이 갖는 단점이라고 할 수 있다.

개요

오늘은 FET에 밀려 점차 입지가 좁아지고 있는 BJT에 대한 시뮬레이션을 하려고 한다. FET에 BJT가 밀리는 이유는 FET가 비교적 더 작은 전류에서 동작하고 더 작은 발열과 면적을 가지기 때문이다. 또한 초소형화가 더 쉬운 FET가 강점을 가진다.

IV 커브 bias

우선 BJT의 전류특성을 논하기 전에, BJT의 IV bias를 먼저 정해야 할 필요성이 있다.
0.7V의 전압강하를 가진다고 가정하고, vd를 0~5V까지 변화시키면서 iva를 -20uA~60uA까지 10uA 단위로 변화시키면서 시뮬레이션한다.

VCC 측과 BJT 내부 collector와 emitter사이 전압차, 그리고 그림에는 없지만 BJT와 VCC 사이에 저항 Rd를 위치시킨다. 그러면 1/Rd의 기울기를 가지는 그래프를 IV 커브에 삽입할 수 있고, 삽입된 그래프와 IV와의 접점을 찾을 수 있다.

전류원(DC)가 있는 BJT 전류특성

고찰

npn과 pnp형 BJT의 전류특성의 그래프이다. 이 그래프에서 알 수 있는 것은 BJT의 스위치 특성과 증폭 특성이 존재하는데, 그래프에서는 0uA~ 40uA사이에서 증폭 특성을 가지고, 0 이하는 OFF 스위치 특성, 40uA 이상은 ON 특성을 가진다.

버퍼의 유무에 따른 증폭 변화

버퍼 없음

버퍼 있음

고찰

주파수가 증가하면 증폭률이 증가하는데, 너무 증가하면 다시금 증폭률이 떨어지는 현상을 보인다. 이는 BJT의 특성으로서, BJT마다 다른 특성을 가진다. 일반적인 회로와 들리, R5이 존재하는데 이때 bias는 안정되지만, 대신 gain을 손해보게 된다. 이 경우, 버퍼로 커패시터인 C2를 넣게되면 R5가 없는 것처럼 파형이 나오므로 gain을 손해보지 않음을 알 수 있다.

BJT의 Rd값의 변화에 따른 진폭 변화

고찰

Rd값이 변화하면 들어오는 전류의 값이 변화하는데 이것이 Vout을 변화하게 된다.

common 증폭기

고찰

상단은 base collector, 하단은 common base 증폭이다. base collector는 전류를 증폭시키지만 전압의 증폭비는 1이고, common base는 전압을 증폭시키지만 전류의 증폭비는 1인 증폭기이다.