소신호(Small Signal)와 대신호(Large Signal)에 대해 설명해보세요.

소신호와 대신호의 개념은 트랜지스터의 I-V 커브에서 시작한다. I-V커브는 트랜지스터의 주요 전류와 전압의 관계를 그래프화 한 것으로, 가로축 좌표는 출력동작전압(Vc)를, 세로축좌표는 출력 전류(Ic)를 의미한다. 다르게 말하면 입력쪽에 인가된 해당 바이어스 전류(Ib)레벨에 따라, 출력에 어떤 DC전압과 전력이 나타나는지를 그래프로 보여주는 것이다. 그리고 대부분의 경우 I-V커브는 다양한 입력에 대해서 출력을 보여주기 때문에, 결과적으로 아래와 같은 그림으로 표현된다.

신호를 인가하기 전에, 먼저 BJT의 Base에 대한 전류값과 Collector의 전압을 결정해야 한다. 이와 같은 과정을 바이어스라고 부르는데, 예를 들어 위의 그림에서 입력부에 들어가는 Ib를 2mA로 하고 출력부의 Vc를 4V로 결정했다면, 이 트랜지스터의 바이어스 포인트는 위의 그림과 같고, Ic는 63mA 정도가 될 것이다. 이와 같은 상황에서, 트랜지스터에 들어가는 신호파형은 아래와 같이 나타난다.

이와 같이 신호가 입력될 때, 트랜지스터가 처리 가능한 최대 출력전류폭과 최대 출력전압폭을 감안하여 바이어스 포인트를 정할 필요가 있다. 간단하게 말하면, 트랜지스터가 처리 가능하도록 설정된 범위를 넘어서면 정상적인 동작을 하는데 문제가 있다는 것이다. 이러한 현상은 대신호에서 주로 나타나는데, Clamping(신호잘림)이라고 부르는 현상이다. 이와 같은 현상이 나타나는 이유를 아래에 나타내었다.

결국 대신호와 소신호의 개념은 트랜지스터의 동작능력과 관련이 깊다. 소신호의 경우 파형은 크게 중요하지 않기 때문에 잡음이 최소화되거나 이득이 크면서 전류는 작게 쓰는 지점을 찾아 사용하면 된다. 하지만 신호파형이 크다면 트랜지스터가 처리가능한 전압/전류 대역을 넘어서는 상황을 감안해야 한다. 이와 같은 특성 때문에, 신호파형이 큰 신호들의 경우 비선형 특성이 나타난다. 한편, 이러한 상황을 수치적으로 구분하면 대체로 mW 이하의 전력은 소신호로 칠 수 있으며, 전력이 1W에 근접해가면 대신호로 볼 수 있다.