전자회로에서 바이어스 그리고 MOSFET 동작점 (Q point) 잡아보기

안녕하세요 대학원 석사 1년차 은교입니다 :)

취업을 했다가 다시 공부가 더 하고싶어 대학원에 진학을 하게 되었습니다.

다시 차근차근 공부하면서 정리하는 내용을 공유하며 가치를 더하고 싶어 블로그를 만들게 되었어요

공부중인 학생이니 틀린부분이 있다면 알려주시면 감사하겠습니다^_^

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요즘 공통소오스증폭기(Common Source Amp)를 공부중인데 증말루 공부할게 많네요^_^ㅎㅎㅎㅎ하하하ㅏ하

우선 오늘은 바이어스에 대해 정리해보려고 합니다

 

 

바이어스란?

 

일반적으로 '바이어스(Bias)'의 뜻은 외부에서 힘이나 에너지를 가하여

의도적으로 한 방향으로 치우치게 하거나 특정한 경향성을 나타내도록 하는 것을 말합니다. 

(저는 바이어스를 딱 생각하면 한 방향으로 흐른다는 것을 생각해서 다이오드와 같은 것들을 생각하곤 해요)

 

 

전자공학에서 바이어스는 회로 설계시 설계자의 의도를 담아 방향성을 주는 것을 바이어스라고 할 수 있는데

위키백과에서는 전압이나 전류의 동작점을 미리 결정하는 것이라고 나와있습니다. 

(항상 백과사전 용어설명은 너무 어려워..ㅠ_ㅠ)

 

이게 무슨 뜻이냐면 전자회로에서 바이어스는 회로 설계자의 의도에 따라 미리 전압을 설정해두고

전기전자적으로 의도한 기능을 발휘할 수 있는 작동 조건(초기 조건)을 만들어 두는 것이라고 생각하시면 될 것 같아요

 

전자회로가 동작점(Q point) 주위에서 적절히 동작될 수 있도록 DC전원을 공급하는 것!

 

 

바이어스 목적은?

트랜지스터를 사용해 증폭기를 만들 때 소자의 특성상

한쪽 방향으로만 전류가 흐르기 때문에 교류(AC)신호의 음전압은 처리할 수 없습니다.

그렇기 때문에 직류(DC)전압을 임의로 추가함으로써 한쪽 방향으로 흐르는 전류로도 증폭이 가능하도록 할 수 있는 것!!

이와 같이 소자가 임의의 DC전압을 기준으로 입력되는 소신호 AC전압의 변동이 가능하도록 환경을 조성하는 역할을 합니다. 

 

 

정리해보자면

1. 출력 신호 변동을 교류(AC) 입력 신호의 응답 범위 내로 동작시켜서 선형을 증폭시키는 역할

(주로 트랜지스터와 같이 비선형소자의 비 선형적 동작 중 선형 구간에 위치하기 위해서)

 

2. 직류 전압으로 직류 동작점인 Q-point를 일정하게 유지시키는 것

 

 

 

자 그럼 MOSFET에서 바이어스를 해주고 Q Point를 확인해볼게요

 

 

 

 

저는 MOSFET에서 전압 전류의 그래프를 확인해보고 Q point를 잡아보기 위해서 위와 같이 ADS 디자인을 해보았습니다ㅎ_ㅎ 

 

DC를 이용해 Vdd에 DC전압을 Step size는 0.1로 넣어주도록 설정했어요

그리고 Vgs도 step을 줘서 크게 하고 싶어서 PARAMETER SWEEP을 사용!

 

 

 

그 결과 DC 전압이 커질수록 전류도 커지고 있다는 전압-전류의 특성도 확인하고

동작점 확인까지!!

 

 

 

위에서 바이어스의 목적을 말씀드린것과 같이

 직류(DC)전압을 임의로 추가함으로써 한쪽 방향으로 흐르는 전류로도 증폭이 가능하도록 할 수 있는 것을 확인해보았습니다

 

 

아직 공부하는 학생이라 틀린 부분이 있다면 알려주시면 감사하겠습니다 :)

 

 

 

제가 공부하고 있는 공대 대학원생 브이로그도 보러 와주세오 :)

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