증폭기 회로와 전압이득 특성 곡선이 다음과 같을 때 옳지 않은 것은?
2021년 국가직 9급 전자공학개론 18번
2021년도 시행 • 18번 문항
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정답: 4번
■ 1단계: BJT 전압전달특성(VTC) 곡선 영역 구분
• 차단 영역 (Cut-off Region, A 구간):
- 입력 전압 $V_{in}$이 문턱 전압($V_{BE,on} \approx 0.7\text{ V}$)보다 낮아 트랜지스터가 꺼진(OFF) 상태입니다.
- 컬렉터 전류 $I_C = 0$이므로 출력 전압은 전원 전압 $V_{out} = V_{CC}$로 유지됩니다.
- 그래프에서 $V_{out}$의 최댓값이 $5\text{ V}$이므로 전원 전압 $V_{CC} = 5\text{ V}$입니다. (①번 옳은 설명)
• 활성 영역 (Active Region, B~C 구간):
- 베이스-이미터 접합은 순바이어스, 베이스-컬렉터 접합은 역바이어스되어 정상 증폭기로 동작하는 구간입니다.
- 전압전달곡선의 접선 기울기($A_v = \frac{dV_{out}}{dV_{in}}$)가 곧 '소신호 전압 이득'을 의미합니다.
- 기울기의 크기(절댓값)가 가장 가파른 C 지점에서 최대 전압 이득을 얻습니다. (②번 옳은 설명)
• 포화 영역 (Saturation Region, D 구간):
- 입력 전압이 충분히 커져 트랜지스터가 완전히 도통되어 $V_{CE,sat} \approx 0.2\text{ V}$로 일정해지는 영역입니다.
■ 2단계: 각 지점별 전압 이득 비교 (보기 ③ 판별)
• B 지점은 활성 영역으로 진입하는 경계선이므로 접선의 기울기(전압 이득)가 존재합니다.
• D 지점은 포화 영역으로 곡선의 기울기가 거의 $0$에 수렴합니다 ($A_v \approx 0$).
• 따라서 B 지점이 D 지점보다 전압 이득(절댓값)이 더 큽니다. (③번 옳은 설명)
■ 3단계: D 지점의 동작 영역 판별 (보기 ④ 판별)
• 곡선의 우측 하단에서 출력 전압이 최솟값으로 일정하게 유지되는 D 지점은 '차단 영역'이 아니라 '포화 영역(Saturation Region)'에 해당합니다. (④번 옳지 않음)
■ 최종 결과:
• 옳지 않은 설명은 ④번
• 차단 영역 (Cut-off Region, A 구간):
- 입력 전압 $V_{in}$이 문턱 전압($V_{BE,on} \approx 0.7\text{ V}$)보다 낮아 트랜지스터가 꺼진(OFF) 상태입니다.
- 컬렉터 전류 $I_C = 0$이므로 출력 전압은 전원 전압 $V_{out} = V_{CC}$로 유지됩니다.
- 그래프에서 $V_{out}$의 최댓값이 $5\text{ V}$이므로 전원 전압 $V_{CC} = 5\text{ V}$입니다. (①번 옳은 설명)
• 활성 영역 (Active Region, B~C 구간):
- 베이스-이미터 접합은 순바이어스, 베이스-컬렉터 접합은 역바이어스되어 정상 증폭기로 동작하는 구간입니다.
- 전압전달곡선의 접선 기울기($A_v = \frac{dV_{out}}{dV_{in}}$)가 곧 '소신호 전압 이득'을 의미합니다.
- 기울기의 크기(절댓값)가 가장 가파른 C 지점에서 최대 전압 이득을 얻습니다. (②번 옳은 설명)
• 포화 영역 (Saturation Region, D 구간):
- 입력 전압이 충분히 커져 트랜지스터가 완전히 도통되어 $V_{CE,sat} \approx 0.2\text{ V}$로 일정해지는 영역입니다.
■ 2단계: 각 지점별 전압 이득 비교 (보기 ③ 판별)
• B 지점은 활성 영역으로 진입하는 경계선이므로 접선의 기울기(전압 이득)가 존재합니다.
• D 지점은 포화 영역으로 곡선의 기울기가 거의 $0$에 수렴합니다 ($A_v \approx 0$).
• 따라서 B 지점이 D 지점보다 전압 이득(절댓값)이 더 큽니다. (③번 옳은 설명)
■ 3단계: D 지점의 동작 영역 판별 (보기 ④ 판별)
• 곡선의 우측 하단에서 출력 전압이 최솟값으로 일정하게 유지되는 D 지점은 '차단 영역'이 아니라 '포화 영역(Saturation Region)'에 해당합니다. (④번 옳지 않음)
■ 최종 결과:
• 옳지 않은 설명은 ④번