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1. 서론
1.1. 전자회로실험 증폭기의 주파수응답 실험의 필요성
전자회로실험 증폭기의 주파수응답 실험의 필요성이다. 전자회로실험을 통해 증폭기의 주파수 응답 특성을 이해하는 것이 중요하다. 증폭기는 주파수 범위에 따라 다양한 전압이득 특성을 나타내므로, 증폭기의 주파수 응답 특성을 파악하는 것은 증폭기 설계와 성능 평가를 위해 필수적이다.
특히 저주파, 중간주파, 고주파 영역에서 증폭기의 주파수 응답이 어떻게 달라지는지 이해할 필요가 있다. 저주파 영역에서는 결합 커패시터와 바이패스 커패시터의 영향이 크고, 중간주파수 영역에서는 저항 성분만이 이득에 영향을 미치며, 고주파 영역에서는 기생 커패시턴스의 영향으로 이득이 감소한다.
이와 같이 주파수 영역별 증폭기 특성을 실험을 통해 확인하고 이해하는 것은 실제 증폭기 설계와 분석에 필요한 핵심 지식을 습득하는 데 도움이 된다. 따라서 전자회로실험에서 증폭기의 주파수 응답 특성을 실험적으로 측정하고 분석하는 것은 매우 필요하다.
1.2. 증폭기의 주파수 응답 특성 이해
증폭기는 주파수에 따라 다양한 응답 특성을 보인다. 이를 이해하기 위해서는 저주파, 중간주파, 고주파 영역에서의 특성을 파악할 필요가 있다.
저주파 영역에서는 DC 차단(AC 결합)과 바이패스 동작을 위해 사용된 커패시터가 하위 차단(하위 3dB) 주파수에 영향을 미친다. 즉, 입력 결합 커패시터, 출력 결합 커패시터, 이미터 바이패스 커패시터 등이 각각 하위 차단주파수를 발생시키며, 이 중 가장 큰 값이 회로의 하위 차단 주파수가 된다.
중간주파수 영역에서는 저항 성분만 이득에 영향을 미치므로 이득은 주파수에 무관하게 상수로 유지된다.
고주파 영역에서는 표유 결선(stray wiring) 커패시턴스와 소자의 단자 간 커패시턴스가 상위 차단주파수를 결정한다. 구체적으로, 회로의 입력접속부에는 입력 결선 커패시턴스와 트랜지스터의 기생 커패시턴스가, 출력접속부에는 출력 결선 커패시턴스와 트랜지스터의 기생 커패시턴스가 영향을 미친다. 따라서 이러한 기생 커패시턴스들이 증폭기의 상위 차단 주파수를 결정한다.
이와 같이 저주파, 중간주파, 고주파 영역에서의 주파수 응답 특성은 각기 다른 요인들에 의해 나타나며, 이를 종합적으로 이해해야 증폭기의 주파수 응답 특성을 정확히 파악할 수 있다.
2. 실험 절차 및 이론
2.1. 실험 회로 구성
[실험 16]과 [실험 17]의 실험 절차에 따라 공통 소스 증폭기 회로를 구성하였다. 먼저 트랜지스터의 동작점을 결정하기 위해 을 계산하고, 이를 바탕으로 전류 거울 회로를 통해 를 결정하였다. 또한 원하는 DC 전압 및 전압 이득이 나오도록 입력단과 출력단의 저항 값을 조절하였다. 실험 회로 구성 시 회로도와 전압 및 전류 측정값을 확인하여 원하는 동작점이 되도록 하였다.
2.2. 주파수 응답 특성 측정 방법
입력 신호의 주파수를 변화시키면서 전압 이득이 어떻게 변화하는지 측정하는 것이다. 먼저 실험 회로 1과 같이 공통 소스 증폭기 회로를 구성한다. 이때 동작점이 적절히 설정되도록 바이어스 전압 및 전류를 결정한다. 주파수는 1kHz부터 100MHz까지 로그 스케일로 균일하게 측정하되, 3dB 주파수 부근에서는 더 촘촘하게 측정한다.
입력 신호로 정현파를 사용하고, 신호 발생기의 출력을 오실로스코프의 입...
