전자회로실험 과탑 A+ 예비 보고서 (실험 18 증폭기의 주파수 응답 특성)

문서 내 토픽

1. 공통 소스 증폭기의 주파수 응답 특성

이 실험에서는 공통 소스 증폭기의 주파수 응답 특성을 실험하여 대역폭(bandwidth)의 개념을 이해하고, 이득과 대역폭 사이의 관계를 파악한다. 증폭기에 사용되는 트랜지스터 내부의 기생 커패시턴스로 인해 주파수에 따라 전압 이득 및 위상이 변하며, 대역폭은 증폭기의 전압 이득이 유지되는 주파수 범위를 나타낸다. 실험을 통해 이득 대역폭 곱의 관계를 이해하고자 한다.
2. 공통 소스 증폭기의 소신호 등가 모델

실험 회로를 소신호 등가 모델을 사용하여 표현하고, 입력단에서 바라본 입력 저항, 출력단에서 바라본 출력 저항, 게이트-드레인 간 전압 이득, 전체 전압 이득을 계산한다.
3. 입력 저항 및 출력 저항 측정 방법

입력 저항은 입력단에 임의의 전압을 가하고 발생하는 전류를 측정하여 계산할 수 있다. 출력 저항 또한 출력단에 전압을 가하고 그때의 전류를 측정하여 계산할 수 있다.
4. 공통 소스 증폭기 설계

10kHz의 0.01Vp-p 정현파를 입력 전압으로 인가했을 때, 왜곡이 없는 최소 0.1Vp-p 정현파 출력을 얻는 Av = 10V/V 공통 소스 증폭기를 설계한다. 수식 계산과 PSpice 모의실험을 통해 검증한다.
5. 전류 거울 회로의 전류 관계

전류 거울에 의해 결정되는 IREF와 I1 전류 사이의 관계를 구하고, Vpbias 전압을 계산한다. 트랜지스터의 출력 저항이 I1 전류에 미치는 영향을 고려한다.
6. PSpice를 이용한 주파수 응답 특성 분석

PSpice를 이용하여 공통 소스 증폭기의 주파수 응답 특성을 분석한다. 보드 선도를 그리고 3dB 주파수와 이득 대역폭 곱을 계산한다.
7. 이득 대역폭 곱 증가 방안

이득 대역폭 곱을 증가시키기 위해 전류 거울에 의해 복사되는 전류를 키우는 방안, 즉 트랜지스터의 크기(W/L)를 증가시키는 방안을 제시한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 공통 소스 증폭기의 주파수 응답 특성

공통 소스 증폭기의 주파수 응답 특성은 전자 회로 설계에서 매우 중요한 요소입니다. 이 주제에 대해 자세히 살펴보면, 공통 소스 증폭기의 주파수 응답 특성은 입력 신호의 주파수에 따라 달라지며, 이는 증폭기의 대역폭, 이득, 위상 특성 등에 영향을 미칩니다. 이를 이해하고 분석하는 것은 증폭기 설계 시 필수적입니다. 주파수 응답 특성을 분석하면 증폭기의 성능을 최적화할 수 있으며, 이를 통해 다양한 응용 분야에서 활용도를 높일 수 있습니다.
2. 공통 소스 증폭기의 소신호 등가 모델

공통 소스 증폭기의 소신호 등가 모델은 증폭기의 동작을 이해하고 분석하는 데 매우 중요합니다. 이 모델을 통해 증폭기의 이득, 입력 저항, 출력 저항 등의 특성을 쉽게 파악할 수 있습니다. 또한 이 모델을 활용하면 증폭기의 주파수 응답 특성, 안정성, 잡음 특성 등을 분석할 수 있습니다. 따라서 공통 소스 증폭기의 소신호 등가 모델을 이해하고 활용하는 것은 전자 회로 설계 분야에서 필수적인 역량이라고 할 수 있습니다.
3. 입력 저항 및 출력 저항 측정 방법

입력 저항과 출력 저항은 증폭기의 성능을 결정하는 중요한 요소입니다. 이 두 저항을 정확하게 측정하는 것은 증폭기 설계 및 분석에 필수적입니다. 입력 저항 측정 방법으로는 전압 분배 방식, 전류 분배 방식 등이 있으며, 출력 저항 측정 방법으로는 부하 변화 방식, 전압 강하 방식 등이 있습니다. 이러한 측정 방법을 이해하고 적절히 활용하면 증폭기의 특성을 정확하게 파악할 수 있습니다. 또한 이를 통해 증폭기 설계 시 입력 및 출력 정합 등의 문제를 해결할 수 있습니다.
4. 공통 소스 증폭기 설계

공통 소스 증폭기는 전자 회로 설계에서 가장 기본적이면서도 중요한 증폭기 회로 중 하나입니다. 이 증폭기를 효과적으로 설계하기 위해서는 트랜지스터의 특성, 바이어스 회로, 부하 회로 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 또한 원하는 이득, 대역폭, 입출력 임피던스 등의 사양을 만족시키도록 설계해야 합니다. 이를 위해서는 소신호 등가 모델, 주파수 응답 특성 분석, 안정성 검토 등의 기술이 필요합니다. 공통 소스 증폭기 설계 기술을 숙달하면 다양한 전자 회로 설계에 활용할 수 있습니다.
5. 전류 거울 회로의 전류 관계

전류 거울 회로는 전자 회로 설계에서 매우 중요한 회로 중 하나입니다. 이 회로는 기준 전류를 복사하여 다른 회로에 공급하는 역할을 합니다. 전류 거울 회로의 전류 관계를 이해하는 것은 이 회로의 동작을 파악하는 데 필수적입니다. 전류 거울 회로에서는 트랜지스터의 특성, 바이어스 회로, 부하 회로 등이 전류 관계에 영향을 미치므로, 이를 종합적으로 고려해야 합니다. 전류 거울 회로의 전류 관계를 정확히 이해하면 다양한 전자 회로 설계에 활용할 수 있습니다.
6. PSpice를 이용한 주파수 응답 특성 분석

PSpice는 전자 회로 시뮬레이션 도구로, 회로의 주파수 응답 특성을 분석하는 데 매우 유용합니다. PSpice를 활용하면 회로의 이득, 위상, 대역폭 등을 쉽게 확인할 수 있습니다. 또한 회로 파라미터를 변경하면서 주파수 응답 특성의 변화를 관찰할 수 있어, 회로 설계 및 최적화에 큰 도움이 됩니다. PSpice를 이용한 주파수 응답 특성 분석 기술을 익히면 다양한 전자 회로 설계 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다. 특히 공통 소스 증폭기와 같은 아날로그 회로 설계에 큰 도움이 될 것입니다.
7. 이득 대역폭 곱 증가 방안

이득 대역폭 곱(GBW, Gain-Bandwidth Product)은 증폭기의 성능을 나타내는 중요한 지표 중 하나입니다. 이득 대역폭 곱을 높이면 증폭기의 대역폭과 이득을 동시에 높일 수 있습니다. 이를 위해서는 트랜지스터의 특성 개선, 부궤환 회로 설계, 보상 회로 구현 등 다양한 방안을 고려해야 합니다. 또한 PSpice와 같은 시뮬레이션 도구를 활용하여 회로 설계를 최적화할 수 있습니다. 이득 대역폭 곱 증가 방안을 이해하고 적용하면 고성능 증폭기 설계에 큰 도움이 될 것입니다.