1. 바이어스 (Bias) 이란?
ㅇ [일반]
- 어떤 현상,판단,결과 등이 특정 방향으로 치우치거나 편향되는 성향
. `편향(偏向)`,`선입견`,`기울어짐` 등의 의미로 넓게 쓰임
ㅇ [통계이론] 치우침, 편향 (Bias in Statistics)
- `추정량의 기대값`이 `실제 모수 값`과 차이가 남
. 불편성 여부를 판별하는 핵심 기준 ☞ 불편의성 (Unbiasedness) 참조
. 例) 평균 추정시, 표본평균은 모평균의 불편 추정량이지만, 일부 통계량은 편향(bias)을 가짐
ㅇ [기계학습,딥러닝] 모델 바이어스 (Bias) ☞ 모델 파라미터 (Model Parameter) 참조
- 인공 신경망에서, 각 뉴런의 활성화 기준을 조정하는 상수항
. 모델이 단순히 원점을 지나는 직선을 학습하는 데 그치지 않고,
. 더 다양한 함수 형태를 표현할 수 있도록 함
. 例) 선형회귀의 절편(intercept), 퍼셉트론의 바이어스 항 등
ㅇ [전자회로] 바이어스 (dc Bias : 직류 공급)
- 전자회로가 동작점 주위에서 만 동작되도록, dc 전원을 적절히 공급하는 것
. 전자회로의 동작 기준점/동작 레벨을 정해,
. 증폭 등에서 왜곡 없이 동작하게 만드는 핵심 과정
. 例) 트랜지스터 증폭 회로에서의 베이스 바이어스 전압
2. [전자회로] 바이어스 목적 : 직류 동작점(Q점)의 설정
ㅇ 먼저, 트랜지스터가 증폭기나 스위치로 제대로 기능하기 위해서는,
- DC 회로 조건을 올바르게 설정되어야 함
. 이를위한, 다양한 바이어스 방법이 가능 ☞ 아래 3.항 참조
ㅇ 주로, 증폭기로 동작시키기 위해서는,
- 비선형 소자(트랜지스터 등)의 비 선형적 동작 중 선형 구간에 위치시켜야 함
. 출력 신호 변동을 교류 입력 신호의 응답 범위 내로 동작시켜, 선형 증폭을 하는 등
* [참고] 활성영역(Active Region) ☞ BJT 활성영역, MOSFET 활성영역 참조
ㅇ 결국, 바이어스는, 전자회로의 직류적 동작을 보장하기 위함임
- 만일, 온도 변화나 트랜지스터 특성(파라미터) 변화 등이 있더라도,
- 안정된 직류 전압 공급으로 직류 동작점인 Q 점(Quiescent Point)을 일정하게 유지시키는 것
3. [전자회로] 바이어싱 방법
ㅇ 다이오드 바이어싱
* 다이오드가, 한 방향으로 만 전류가 흐르도록 함
- 순방향 바이어스 (Forward Bias)
. 다이오드 양단에 직류 전압을 인가시켜, pn 접합을 통해 전류가 흐르게 하는 것
- 역방향 바이어스 (Reverse Bias)
. 다이오드 양단의 pn 접합을 통해 전류가 못흐르도록, 직류 전압을 반대 방향으로 인가 함
ㅇ BJT 증폭회로 바이어싱
* BJT가, 순방향 활성영역에서 만 동작하도록, 동작점(Q점)을 설정하는 것
- 설계 상의 고려점
. 컬렉터에 일정 직류 전류를 공급 (계산 및 예측이 충분히 가능해야 함)
. 온도 변화나 직류 베타 또는 교류 베타(β) 변화에 민감하지 않도록 함
. 최대 출력 스윙 보장
- 주요 바이어싱 방법 ☞ 바이어스 회로(BJT) 참조
. 전압분배 바이어스 회로 방법
. 2개 전원공급기 사용 방법
. 컬렉터 베이스 귀환 저항기 사용 방법 ☞ 자기 바이어스 참조
ㅇ MOSFET 증폭회로 바이어싱
* MOSFET가, 활성영역에서 동작하도록, 동작점(Q점)을 설정하는 것
- 설계 상의 고려점
. 드레인에 일정 직류 전류를 공급 해야 함
.. 이때, 계산 및 예측이 충분히 가능해야 함
. 활성영역(포화영역) 내 동작 보장
- 주요 바이어싱 방법
. VGS를 고정하는 방법
. VGS를 고정하고 소스에 저항을 연결하는 방법
. 드레인 게이트 귀환 저항기를 사용하는 방법 등
ㅇ 집적회로 바이어싱
- 설계 상의 고려점
. 칩 내 많은 증폭 요소에 공급하기 위하여,
. 일정한 기준 전류를 한 장소에서 발생시키고,
. 이를 다양한 위치에 복제하는 전류 조정(Current Steering) 방법을 사용함
- 주요 바이어싱 방법
. 정전류원(전류미러) 사용
4. [전자회로] 역방향 바이어스 (Reverse Bias)
ㅇ 비선형 특성을 갖는 전자회로 소자(다이오드,트랜지스터 등)의 특정 단자들 간에,
- 전류가 흐르지 않게, 차단(cut off, 개방회로 처럼) 영역에 머무르도록, 바이어스를 주는 것
. 통상, pn 접합에서 역방향 전압을 주는 것
※ [참고] ☞ 역방향 누설전류 참조
- 역방향 바이어스 하에, 소수캐리어에 의해 흐르는 약간의 누설전류