바이어스

3. 바이어스 방식

전자공학에서 '바이어스'는 다이오드, 트랜지스터, 진공관과 같은 전자 부품의 단자에 인가되는 고정된 직류 전압 또는 전류를 의미한다. 이는 교류 신호가 있는 회로에서 부품이 적절하게 동작하도록 조건을 설정하는 데 사용된다. 예를 들어, 전자 증폭기의 트랜지스터에는 특정 트랜스컨덕턴스 곡선 영역에서 동작하도록 바이어스 전압이 인가된다. 진공관의 경우 그리드 바이어스 전압이 그리드 전극에 인가되기도 한다.

자기 테이프 녹음에서 '바이어스'는 녹음 품질을 향상시키기 위해 오디오 신호에 추가되어 녹음 헤드에 인가되는 고주파 신호를 의미하며, 테이프 바이어스라고 한다.

트랜지스터를 포함하는 선형 회로는 정상적인 동작을 위해 특정 DC 전압과 전류를 필요로 하며, 이는 바이어스 회로를 사용하여 달성할 수 있다. 트랜지스터 증폭기를 예로 들면, 선형 증폭기에서는 작은 입력 신호가 형태 변화 없이 더 큰 출력 신호를 생성한다. 즉, 입력 신호는 출력 신호가 Q점(동작점)을 중심으로 입력에 정확히 비례하는 방식으로 변화한다. 그러나 트랜지스터의 입력과 출력 간 관계는 전체 동작 범위에서 선형적이지 않으므로, 트랜지스터 증폭기는 선형 동작을 근사적으로 수행한다. 낮은 왜곡을 위해서는 출력 신호의 스윙이 트랜지스터를 매우 비선형적인 동작 영역으로 몰아넣지 않도록 트랜지스터를 바이어스해야 한다. 바이폴라 접합 트랜지스터 증폭기의 경우, 트랜지스터가 능동 모드에 머물러야 하며, 차단 또는 포화 상태를 피해야 한다. MOSFET 증폭기에도 동일한 요구 사항이 적용되지만, 용어는 약간 다르다. MOSFET은 능동 모드에 머물러야 하며, 차단 또는 오믹 동작을 피해야 한다.

진공관에서 그리드 바이어스는 음극에 대한 상대 전압으로, 진공관의 영입력 신호 또는 정상 작동 상태를 설정하기 위해 제어 그리드에 가해지는 직류 전압이다.^[1] 초기 속도 바이어스(접촉 바이어스)는 음극에서 방출되는 열전자의 초기 속도에 의한 그리드 전류를 이용한다.

3. 1. 바이폴라 트랜지스터 바이어스

3. 2. 진공관 바이어스

• 고정 바이어스: 적절한 전압원에 적절한 임피던스를 통해 그리드를 연결하여 직류 그리드 전위를 결정한다.^[1]
• 음극 바이어스 (자기 바이어스, 자동 바이어스): 음극과 직렬로 연결된 저항에 걸리는 전압 강하를 활용한다. 그리드 회로의 직류 귀환은 저항의 다른 쪽 끝에 연결되어 직류 그리드 전압이 음극에 대해 음전압이 되도록 한다.
• 그리드 누설 바이어스: 입력 신호에 의해 그리드로 유입되는 전자를 이용하여 음의 바이어스 전압을 생성한다. 입력측과 그리드의 용량성 결합과 그리드 회로의 정류 작용으로, 그리드에 음의 직류 전압이 생성된다. '그리드 누설' 저항은 결합 커패시터의 방전을 허용하고 직류 그리드 전류를 통과시킨다. 결과 바이어스 전압은 직류 그리드 전류와 그리드 누설 저항의 곱과 같다.
• 블리더 바이어스 (분압 바이어스): 플레이트 전압 공급 장치에 걸친 저항의 일부에 걸리는 전압 강하가 그리드 바이어스를 결정한다. 음극은 저항의 분압점에 연결된다. 그리드는 플레이트 전압 공급 장치의 음극 측 또는 동일한 저항의 다른 분압점에 직류 경로를 제공하는 적절한 임피던스에 연결된다.
• 초기 속도 바이어스 (접촉 바이어스): 음극에서 방출되는 열전자의 초기 속도에 의한 그리드 전류를 이용한다. 일반적으로 1~10 MΩ 범위의 그리드-음극 저항을 통해 흐르는 그리드 전류는 그리드 전위를 음극에 대해 약 1볼트 정도의 음전압으로 만든다.^[3]

4. 마이크로폰에서의 바이어스

일렉트릿 마이크로폰 소자는 JFET를 포함하여 마이크로폰에서 수 미터 이내의 다른 전자 장치를 구동하며, 이때 JFET 동작 전류는 0.1mA~0.5mA로, 이를 바이어스라고 부른다. 이는 콘덴서 마이크로폰의 백플레이트를 작동시키는 48V 팬텀 파워와는 다르다.^[16]

콘덴서 마이크는 48V 팬텀파워를 사용하는 "DC 바이어스형"이라고 불리기도 한다.^[16] 일렉트릿을 사용한 일렉트릿 콘덴서 마이크는 마이크 자체에 바이어스 전압이 필요하지 않지만, JFET 임피던스 변환기를 갖추고 있으며, 이 JFET 동작 전류(0.1mA~0.5mA)를 바이어스라고 부르기도 한다.^[17]

5. 자기 테이프 녹음에서의 바이어스

자기 테이프 녹음에서 바이어스는 자기 테이프의 녹음 품질을 향상시키기 위해 녹음 헤드에 인가되는 오디오 신호에 더해지는 고주파 신호이다. 이러한 방식을 tape bias|테이프 바이어스^영어라고 하며, AC bias|교류 바이어스법^영어으로 알려져 있다.

참조

_[1] 서적 Electronic Designers' Handbook https://archive.org/[...] McGraw-Hill
_[2] 서적 Electronic Designers' Handbook https://archive.org/[...]
_[3] 서적 Electronic Designers' Handbook https://archive.org/[...]
_[4] 서적 The Benchtop Electronics Reference Manual Tab Books
_[5] 서적 Electronic Designers' Handbook https://archive.org/[...] McGraw-Hill
_[6] 서적 Electronic Designers' Handbook https://archive.org/[...]
_[7] 서적 Electronic Designers' Handbook https://archive.org/[...] McGraw-Hill
_[8] 서적 The Radio Handbook Editors and Engineers, LTD
_[9] 서적 C-W and A-M Radio Transmitters and Receivers https://archive.org/[...] United States Government Publishing Office
_[10] 서적 Communication Engineering McGraw-Hill
_[11] 서적 Receiving Tube Manual RC-14 RCA
_[12] 서적 Radio Physics Course Rinehart Books
_[13] 서적 Electronics Designers' Handbook McGraw-Hill
_[14] 서적 Getting the Most Out of Vacuum Tubes iarchive:GettingTheM[...] Howard W. Sams & Co./The Bobbs-Merrill Company
_[15] 서적 Electronic Designers' Handbook https://archive.org/[...]
_[16] 웹사이트 오디오테크니카監修！ コンデンサマイクってなに？！ http://book.studiono[...] NOAHBOOK 2019-09-13
_[17] 웹사이트 Phantom Power and Bias Voltage: Is There A Difference? https://web.archive.[...] 2007-02-05