BJT 공통 증폭기(CE, CC, CB) 완벽 정리 및 소신호 해석 공식

1. BJT 공통 증폭기 기본 개요

바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)는 베이스(B), 컬렉터(C), 이미터(E) 세 개의 단자를 가집니다. 2단자 입력과 2단자 출력을 갖는 4단자 증폭기 회로를 구성하기 위해서는 세 단자 중 하나를 입력과 출력이 공통(교류 접지)으로 공유해야 합니다.

어느 단자를 교류 접지로 두느냐에 따라 증폭기의 성격이 완전히 달라지며, 다음과 같이 세 가지 구성으로 나뉩니다.

• 공통 이미터 증폭기(Common-Emitter, CE): 이미터를 공통 접지로 사용. 전압 이득과 전류 이득이 모두 커서 가장 널리 사용되는 기본 전압 증폭기.
• 공통 컬렉터 증폭기(Common-Collector, CC): 컬렉터를 교류 접지로 사용. 전압 이득은 1에 가깝고 입력 임피던스가 매우 크며 출력 임피던스가 작아 완충기(Buffer) 또는 임피던스 매칭용으로 사용. 이미터 팔로워(Emitter Follower)라고도 부름.
• 공통 베이스 증폭기(Common-Base, CB): 베이스를 교류 접지로 사용. 입력 임피던스가 매우 작고 전류 이득이 1에 가까우며, 밀러 효과가 없어 고주파 특성이 매우 우수함.

2. 소신호 파라미터 기초

소신호 해석을 진행하기 전, 직류 바이어스 해석을 통해 결정되는 3대 핵심 소신호 파라미터를 반드시 계산해야 합니다. (열전압 $V_T \approx 25\text{ mV} \sim 26\text{ mV}$)

① 트랜스컨덕턴스 ($g_m$)

베이스-이미터 전압 변화에 따른 컬렉터 전류의 변화율입니다. $g_m = \frac{I_C}{V_T}$

② 베이스 소신호 입력 저항 ($r_\pi$)

하이브리드-$\pi$ 모델에서 베이스 단자에서 들여다본 저항입니다. $r_\pi = \frac{V_T}{I_B} = \frac{\beta}{g_m} = (\beta + 1)r_e$

③ 이미터 소신호 저항 ($r_e$)

T-모델에서 이미터 단자에서 들여다본 저항입니다. $r_e = \frac{V_T}{I_E} = \frac{\alpha}{g_m} \approx \frac{1}{g_m}$

3. 3대 증폭기 핵심 특성 비교

공무원 시험에서 가장 많이 출제되는 3대 구성의 성능 지표 비교입니다.

4. 세부 회로 해석 및 공식 유도

얼리 효과($r_o \rightarrow \infty$)를 무시할 때의 핵심 계산 공식입니다.

1) 공통 이미터 증폭기 (CE)

바이패스 커패시터($C_E$)가 있는 경우

이미터 저항 $R_E$ 양단에 바이패스 커패시터가 병렬 연결되어 교류 신호가 이미터에서 접지로 바로 빠져나가는 경우입니다.

• 전압 이득: $A_v = \frac{v_o}{v_i} = -g_m (R_C \parallel R_L) = -\frac{R_C \parallel R_L}{r_e}$ (마이너스 부호는 180도 위상 반전을 의미)
• 입력 저항: $R_{in} = R_B \parallel r_\pi \quad (R_B = R_1 \parallel R_2)$
• 출력 저항: $R_{out} = R_C$

바이패스 커패시터($C_E$)가 없는 경우 (이미터 저항 $R_E$ 퇴화)

교류 관점에서도 $R_E$가 그대로 남아 부궤환(Negative Feedback)이 걸리는 경우입니다. 이득은 감소하지만 왜곡이 줄고 대역폭과 입력 저항이 증가합니다.

• 전압 이득: $A_v \approx -\frac{R_C \parallel R_L}{r_e + R_E} \approx -\frac{R_C \parallel R_L}{R_E} \quad (\text{단, } R_E \gg r_e\text{ 일 때})$
• 입력 저항: $R_{in} = R_B \parallel [r_\pi + (\beta + 1)R_E]$

2) 공통 컬렉터 증폭기 (CC / Emitter Follower)

출력이 이미터 단자에서 인출되며, 출력 전압이 입력 베이스 전압을 그대로 따라가므로 이미터 팔로워라고 부릅니다.

• 전압 이득: $A_v = \frac{R_E \parallel R_L}{r_e + (R_E \parallel R_L)} \approx 1 \quad (A_v < 1)$
• 입력 저항: $R_{in} = R_B \parallel [r_\pi + (\beta + 1)(R_E \parallel R_L)]$
• 출력 저항 (신호원 저항 $R_s$ 포함 시): $R_{out} = R_E \parallel \left( r_e + \frac{R_s \parallel R_B}{\beta + 1} \right)$

3) 공통 베이스 증폭기 (CB)

입력이 이미터로 들어가고 출력이 컬렉터로 인출됩니다.

• 전압 이득: $A_v = +g_m (R_C \parallel R_L) = +\frac{R_C \parallel R_L}{r_e}$ (CE 증폭기와 크기는 같으나 부호가 양수이므로 위상 반전이 없음)
• 입력 저항: $R_{in} = R_E \parallel r_e \approx r_e = \frac{1}{g_m}$
• 출력 저항: $R_{out} = R_C$

5. 시험에 자주 나오는 계산 팁 및 함정

팁 1: 전압 이득 암산 테크닉 (T-모델 분압법)

CE, CB, CC 증폭기의 전압 이득은 복잡한 KCL 연립방정식을 세우지 않고도 이미터 회로 경로의 합성 저항과 컬렉터 회로 부하 저항의 비로 즉시 구할 수 있습니다.

• 전압 이득의 크기 = (컬렉터 측 교류 부하 저항) / (이미터 측 교류 총 저항)
  • CE (바이패스 있음): $|A_v| = \frac{R_C}{r_e}$
  • CE (바이패스 없음): $|A_v| = \frac{R_C}{r_e + R_E}$
  • CB: $|A_v| = \frac{R_C}{r_e}$

팁 2: 이미터-베이스 간 임피던스 반사 규칙 (Resistance Reflection Rule)

• 베이스에서 이미터 쪽을 들여다볼 때: 이미터에 달린 저항은 베이스 측에서 $(\beta + 1)$배 커져서 보입니다 ($(\beta + 1)R_E$).
• 이미터에서 베이스 쪽을 들여다볼 때: 베이스에 달린 저항은 이미터 측에서 $(\beta + 1)$배 작아져서 보입니다 ($\frac{R_B}{\beta + 1}$).

6. 관련 기출문제 풀어보기

실제 공무원 9급 국가직 및 지방직 전자공학개론에 출제된 BJT 공통 증폭기(CE, CC, CB) 관련 기출문제 모음입니다. 각 링크를 클릭하면 해당 문제 풀이 및 상세 해설로 즉시 이동합니다.

📌 지방직 9급 기출문제

• 2026년 지방직 9급 전자공학개론 3번 풀이 바로가기
• 2026년 지방직 9급 전자공학개론 1번 풀이 바로가기
• 2016년 지방직 9급 전자공학개론 6번 풀이 바로가기
• 2009년 지방직 9급 전자공학개론 3번 풀이 바로가기

📌 국가직 9급 기출문제

• 2026년 국가직 9급 전자공학개론 18번 풀이 바로가기
• 2020년 국가직 9급 전자공학개론 20번 풀이 바로가기
• 2018년 국가직 9급 전자공학개론 19번 풀이 바로가기
• 2018년 국가직 9급 전자공학개론 12번 풀이 바로가기
• 2015년 국가직 9급 전자공학개론 3번 풀이 바로가기
• 2014년 국가직 9급 전자공학개론 16번 풀이 바로가기
• 2013년 국가직 9급 전자공학개론 10번 풀이 바로가기
• 2009년 국가직 9급 전자공학개론 5번 풀이 바로가기