본문내용
1. 실험 개요
1.1. MOSFET 증폭기의 동작점
MOSFET 증폭기를 동작시키기 위해서는 적절한 DC 바이어스가 필요하다. 이때의 DC 바이어스를 동작점 또는 Q점이라고 부른다. DC 바이어스는 증폭기의 전압 이득과 스윙을 결정하는 중요한 역할을 한다. 증폭기의 동작점을 잡아주기 위해서는 바이어스 회로가 필요하다. 전압 분배 바이어스 회로와 다이오드 연결 바이어스 회로는 대표적인 MOSFET 증폭기의 바이어스 회로 구성 방식이다. 전압 분배 바이어스 회로에서는 저항 분배기를 통해 게이트 전압을 원하는 값으로 설정할 수 있다. 다이오드 연결 바이어스 회로에서는 MOSFET의 게이트와 드레인을 연결하여 전압 강하로 인한 게이트 전압을 얻는다. 이러한 바이어스 회로를 통해 MOSFET 증폭기의 동작점을 적절하게 설정할 수 있다. 동작점 설정은 증폭기의 선형성과 동작 영역 선택에 있어서 중요한 역할을 한다. []
1.2. DC 바이어스의 역할
DC 바이어스의 역할은 MOSFET 증폭기의 동작점을 결정하는 것이다. 적절한 DC 바이어스가 인가되면 MOSFET이 증폭기로 동작할 수 있으며, 이때의 DC 바이어스를 동작점 또는 Q점이라고 한다. DC 바이어스는 증폭기의 전압 이득과 출력 스윙을 결정하는 중요한 역할을 한다. 즉, DC 바이어스를 적절하게 설정하면 MOSFET 증폭기의 동작 특성을 원하는 대로 제어할 수 있다. 이러한 이유로 MOSFET을 증폭기로 사용할 때는 DC 바이어스 회로를 통해 동작점을 적절하게 잡아주는 것이 매우 중요하다.
2. 실험 장비 및 부품
DC파워 서플라이, 디지털 멀티미터, 오실로스코프, 함수 발생기, 2n7000(NMOS) (1개), 저항, 커패시터이다. 이들 실험 장비와 부품들은 MOSFET 증폭기의 동작 특성을 측정하기 위해 사용된다.
실험에는 전압 분배 바이어스 회로와 다이오드 연결 바이어스 회로를 구성하기 위한 다양한 저항과 MOSFET과 같은 전자 부품이 필요하다. 이를 통해 MOSFET의 동작점과 특성을 확인할 수 있다.
3. 이론적 배경
3.1. DC 바이어스 회로
MOSFET을 증폭기로 동작시키기 위해서는 적절한 DC 바이어스가 인가되어야 하는데, 이때의 DC 바이어스를 동작점 또는 Q점이라고 한다. DC 바이어스는 증폭기의 전압 이득과 스윙을 결정하는 중요한 역할을 한다.
기본적인 전압분배 MOSFET 바이어스 회로는 소스 단자에 저항 R_S를 추가함으로써, R_G1와 R_G2의 변화에 따른 V_GS 전압과 I_D 전류의 변화를 줄일 수 있다. 회로의 각 노드의 전압과 전류는 V_G = V_GS + R_S I_D 와 같이 구할 수 있다.
R_G1과 R_G2의 변화에 따라 V_G 전압이 증가되면, 게이트 전압이 증가하였으므로 I_D 전류도 증가하려고 한다. 하지만 I_D 전류가 증가되면 소스 전압도 증가하게 되므로 V_GS 전압이 줄어들게 되고, I_D 전류가 일정하게 유지되려는 방향으로 동작한다.
트랜지스터에 흐르는 전류는 I_D = {1}/{2} μ_n C_ox (W/L)(V_GS - V_th)^2 와 같이 구할 수 있고, 저항에 흐르는 전류는 I_D = (V_DD - V_GS)/R와 같이 표현할 수 있다. 이 두 식을 연립하면 I_D와 V_GS를 구할 수 있다.
따라서 DC 바이어스 회로는 MOSFET 증폭기의 동작점을 적절하게 잡아주는 역할을 ...
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