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1. 전자회로실험 VGA
1.1. 실험 개요
가변 이득 증폭기(Variable Gain Amplifier, VGA)는 입력된 신호의 크기에 따라 전압이득을 조절할 수 있는 회로이다. 연산 증폭기와 저항 피드백을 이용하면 디지털 신호에 따라 이득을 조절할 수 있다. 일반적인 유선 통신 시스템에서 입력 신호의 크기가 가변적이기 때문에 VGA를 통해 원하는 신호 레벨로 증폭할 수 있다. 또한, 간섭 신호를 포함하고 있는 입력 신호에서 원하는 신호만을 선별하기 위해 아날로그 필터가 필요하다. VGA의 전압이득은 1 + R1/R2로 주어지며, R2를 가변저항으로 사용하면 디지털 제어에 의해 이득을 조절할 수 있다. NMOS, PMOS 스위치 또는 CMOS 스위치를 사용하여 R2의 저항값을 변화시킬 수 있다. 이 때, 스위치의 종류에 따라 입력 전압에 대한 온 저항 값이 달라지는데, CMOS 스위치를 사용하면 이를 보완할 수 있다.
1.2. 배경 이론
유선 통신 시스템에서 입력된 신호는 가변 이득 증폭기를 통해 신호를 증폭시키거나 특정 주파수를 필터링하여 ADC로 전달되고 모뎀에서 변조된 신호가 다시 가변 이득 증폭기를 통해 증폭되거나 필터링하여 전달된다. 이러한 유선 통신 시스템에 쓰이는 가변 이득 저항기는 입력된 신호를 필요에 맞게 전압이득을 조절할 수 있는 역할을 한다. 이 회로의 전압이득 식은 A_V = 1 + R1/R2이다. 이 회로에서 저항 R2는 저항값을 조절할 수 있는 가변저항으로 사용하였기 때문에 저항 R2의 값을 조절하면 이 회로 전체의 전압이득을 조절할 수 있고 이러한 과정을 통해 가변 이득 증폭기는 전압이득을 필요에 맞게 조절할 수 있게 된다.
유선 통신 시스템에서 입력으로 들어온 신호는 원하는 신호뿐만 아니라 간섭 신호도 포함하고 있다. 따라서 ADC 앞쪽에 위치하는 아날로그 전단부에서 필터를 통해 이러한 간섭 신호를 제거해야 한다. 아날로그 필터에는 Butterworth, Chebyshev, Inverse Chebyshev, Elliptic, Bessel 등이 있는데, 이 필터들은 서로 다른 통과 대역, 리플의 특성에 의해 분류된다.
아날로그 필터를 구현하는 방법으로는 Active RC 필터, GM-C 필터, 스위치형 커패시터 필터 등이 있다. Active RC필터는 연산 증폭기의 적분기 회로로 다른 필터에 비해 가장 선형적이고 쉽게 구현할 수 있다.
1.3. 예비 보고 사항
실험 개요에서 언급한 바와 같이, 연산 증폭기를 이용한 가변 이득 증폭기와 아날로그 필터 회로의 동...
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