로드 라인(전자공학)

비선형 전자 회로의 그래픽 분석에서 부하 선은 특성 곡선에 그려진 선으로, 다이오드나 트랜지스터와 같은 비선형 장치의 전압 대 전류를 그래프로 나타낸 것이다.외부 회로에 의해 비선형 장치의 전압과 전류에 가해지는 제약을 나타낸다.일반적으로 직선인 하중선은 해당 비선형 장치에 연결된 회로의 선형 부분의 반응을 나타낸다.특성 곡선과 부하 라인이 교차하는 지점은 회로의 가능한 작동 지점(Q 지점)이며, 이 지점에서 회로의 양쪽 부분의 전류와 전압 파라미터가 일치한다.^[1]

오른쪽 예는 단순 다이오드 회로의 전류와 전압을 결정하는 데 로드 라인을 사용하는 방법을 보여준다.비선형 장치인 다이오드는 저항기 R과 전압 소스 V로_DD 구성된 선형 회로와 직렬로 되어 있다.다이오드 V에_D 걸쳐 주어진 전압에 대해 다이오드를 통과하는 전류 I를 나타내는 특성 곡선(곡선)은 지수 곡선이다.저항기와 전압원에 적용되는 Kirchhoff의 전압 법칙으로 인해 전류와 전압의 관계를 나타내는 부하 라인(대각선)은

${\displaystyle V_{D}=V_{DD}-IR\,}$

동일한 전류가 직렬로 되어 있는 세 개의 원소 각각을 통해 흐르고, 전압원과 저항기에 의해 생성되는 전압은 다이오드의 단자를 가로지르는 전압이기 때문에, 회로의 작동 지점은 부하 선과 곡선의 교차점에 있을 것이다.

트랜지스터와 같이 3단자 소자가 있는 회로에서 수집기 방출기 전류의 전류 전압 곡선은 기본 전류에 따라 달라진다.이것은 그래프에 다른 기본 전류에서 일련의 (I-V_CCE) 곡선으로 표시된다.이 그래프에 그려진 로드 라인은 기본 전류가 회로의 작동 지점에 어떤 영향을 미치는지 보여준다.

공통 구성을 위한 로드 라인

트랜지스터 부하 라인

오른쪽의 부하 라인 다이어그램은 공통 이미터 회로의 저항 부하에 대한 것이다.부하 라인은 수집기 부하 저항기(R_L)가 회로 전압과 전류를 어떻게 구속하는지를 보여준다.또한 이 다이어그램은 다른 기본 전류 I_base 값에 대한 트랜지스터의 수집기 전류_C I 대 수집기 전압 V를_CE 표시한다.트랜지스터 특성 곡선과 부하 라인의 교차점은 다른 기본 전류에서 I와_C V의_CE 회로 구속 값을 나타낸다.^[2]

트랜지스터가 사용 가능한 모든 전류를 통과할 수 있는 경우 전압 강하가 없는 수집기 전류는 공급 전압 V over R이_L 된다.하중선이 수직축을 가로지르는 지점이다.그러나 포화 상태에서도 수집기에서 방출기까지의 전압은 항상 존재할 것이다.

부하 라인이 수평축을 교차하는 경우 트랜지스터 전류는 최소값(약 0)이다.트랜지스터는 매우 작은 누설 전류만 통과하여 차단되었다고 하며, 따라서 거의 모든 공급 전압이 V로_CE 나타난다.

이 구성에서 회로의 작동 지점(레이블 Q)은 일반적으로 활성 영역에, 앰프 적용을 위한 부하 라인의 중간 지점에 있도록 설계된다.회로가 신호가 적용되지 않고 이 작동 지점에 있도록 기본 전류를 조정하는 것을 트랜지스터 바이어싱이라고 한다.온도 또는 트랜지스터 작동 특성의 사소한 변화로부터 작동 지점을 안정화하기 위해 몇 가지 기법을 사용한다.신호가 적용되면 기본 전류가 변화하고 부하 라인에 따라 수집기-방출기 전압이 변화하며, 그 결과는 게인이 있는 앰프 스테이지가 된다.

부하 라인은 일반적으로 증폭 회로에 사용되는 트랜지스터의 I-V_cce 특성 곡선에 그려진다.진공관이나 전계효과 트랜지스터와 같은 다른 유형의 비선형 원소에도 동일한 기법이 적용된다.

DC 및 AC 부하 라인

반도체 회로에는 일반적으로 DC와 AC 전류가 모두 들어 있으며, DC 전류의 원천은 비선형 반도체를 올바른 작동 지점으로 치우치게 하고 AC 신호는 DC에 중첩된다. 부하 라인은 DC와 AC 분석 모두에 대해 별도로 사용할 수 있다.DC 부하 라인은 DC 등가 회로의 부하 라인으로, 반응성 구성 요소를 0으로 감소시킴으로써 정의된다(단선 회로에 의한 캐패시터 교체 및 단락에 의한 인덕터 교체).그것은 종종 Q 지점이라고 불리는 정확한 DC 작동 지점을 결정하기 위해 사용된다.

DC 부하 라인에 의해 DC 작동 지점이 정의되면, Q 지점을 통해 AC 부하 라인을 그릴 수 있다.AC 부하 라인은 비선형 장치를 향한 AC 임피던스와 동일한 기울기를 가진 직선으로, 일반적으로 DC 저항과는 다르다.장치의 AC 전압 대 전류 비율은 이 라인에 의해 정의된다.반응성 요소의 임피던스는 주파수에 따라 다르기 때문에 AC 부하 라인의 기울기는 적용된 신호의 주파수에 따라 달라진다.따라서 DC 부하 라인(저주파에서)에서 제한 AC 부하 라인까지 다양한 AC 부하 라인이 있으며, 모두 DC 작동 지점에서 공통 교차점을 가진다.일반적으로 AC 부하 라인으로 불리는 이 제한 부하 라인은 "무한 주파수"에서 회로의 부하 라인으로, 콘덴서를 단락으로, 인덕터를 단선으로 교체하면 찾을 수 있다.

참조