전자공학응용실험 ch20 차동증폭기 기초실험 예비레포트

문서 내 토픽

1. 차동 증폭기 기초 실험

차동 증폭 회로는 출력이 단일한 단일 증폭 회로에 비하여 노이즈와 간섭에 의한 영향이 적고, 바이패스 및 커플링 커패시터를 사용하지 않고도 증폭 회로를 바이어싱 하거나 다단 증폭기의 각 단을 용이하게 커플링 할 수 있으므로, 집적회로의 제작 공정이 좀 더 용이하여 널리 사용되고 있다. 이 실험에서는 MOSFET을 사용한 차동 쌍의 동작을 위한 기본 조건을 살펴보고 기본적인 측정을 통하여 검증하고자 한다. 이를 토대로 부하 저항을 연결한 MOSFET 차동 증폭 회로를 구성하여 확인하고, 특성을 분석한다.
2. 전류 거울 회로

집적회로를 설계할 때 일정한 전류원이 가장 기본적인 요소가 되는데, 전류원이 필요한 곳마다 저항을 사용하여 회로를 설계하면 신뢰성이 저항의 정확도에 따라 결정된다. 따라서 수동 부하 저항을 사용하여 집적회로를 설계하기보다는 능동 부하 회로를 이용하는 것이 좋다. 이러한 방법의 장점은 값이 정확한 저항 한 개를 회로 외부에 위치시키고, 이 저항에 흐르는 전류를 능동 회로로 사용하여 조정할 수 있다는 점이다. 이같은 능동 부하 중에서 전류 거울에 대하여 살펴보자.
3. MOSFET 차동 증폭기 회로

두 개의 동일한 규격의 MOSFET에 대하여 각 MOSFET의 두 소스를 서로 연결하여 정전류원으로 바이어스한다. 각 MOSFET의 드레인은 저항을 통하여 정전압원으로 연결된다. 이러한 구성이 기본적인 MOSFET 차동 쌍 구조이다. MOSFET 차동 증폭 회로를 구성하기 위해 우선 필요한 것은 각각의 MOSFET이 허용할 수 있는 공통 모드 입력 전압의 범위를 구하는 일이다.
4. MOSFET 차동 증폭기 설계

MOSFET 차동 증폭 회로의 입력 전압은 공통 모드 전압 성분과 차동 모드 전압 성분의 합으로 나타낼 수 있다. 차동 증폭기의 소신호 등가회로를 이용하여 전압 이득을 구할 수 있다. 대신호 동작에서 알아본 것처럼 전류 거울의 전류 값을 크게 작동하면 트랜스컨덕턴스가 작아지고, 이는 소신호 동작에서 전압 이득을 작게 하는 결과로 연결되므로 설계 시 유의해야 한다.
5. PSpice 시뮬레이션

PSpice 시뮬레이션을 통해 전류 거울 회로와 차동 증폭기 회로를 구현하고 특성을 분석한다. 전류 거울 회로에서는 입력 전류에 따른 출력 전류의 변화를 확인하고, 차동 증폭기 회로에서는 입력 전압에 따른 출력 전압과 전압 이득을 확인한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 차동 증폭기 기초 실험

차동 증폭기 기초 실험은 아날로그 회로 설계의 기본이 되는 중요한 주제입니다. 이 실험을 통해 차동 증폭기의 동작 원리와 특성을 이해할 수 있습니다. 차동 증폭기는 공통 모드 잡음 제거, 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스 등의 장점을 가지고 있어 다양한 아날로그 회로에 활용됩니다. 따라서 차동 증폭기 기초 실험은 아날로그 회로 설계 능력을 기르는 데 필수적인 주제라고 할 수 있습니다.
2. 전류 거울 회로

전류 거울 회로는 아날로그 회로 설계에서 매우 중요한 회로 구조입니다. 전류 거울 회로는 기준 전류를 복사하여 다른 회로 부분에 일정한 전류를 공급할 수 있는 기능을 제공합니다. 이를 통해 회로의 바이어스 전류를 안정적으로 유지할 수 있으며, 전류 증폭기나 전류 소스 등의 회로 구현에 활용됩니다. 전류 거울 회로의 동작 원리와 특성을 이해하는 것은 아날로그 회로 설계 능력 향상에 매우 중요합니다.
3. MOSFET 차동 증폭기 회로

MOSFET 차동 증폭기 회로는 아날로그 회로 설계에서 널리 사용되는 핵심 회로 구조입니다. MOSFET을 이용한 차동 증폭기는 BJT 기반 차동 증폭기에 비해 입력 오프셋 전압이 작고, 입력 임피던스가 높으며, 전력 소모가 낮다는 장점이 있습니다. 따라서 MOSFET 차동 증폭기 회로의 동작 원리와 설계 방법을 이해하는 것은 아날로그 회로 설계 능력 향상에 매우 중요합니다.
4. MOSFET 차동 증폭기 설계

MOSFET 차동 증폭기 설계는 아날로그 회로 설계의 핵심 주제 중 하나입니다. MOSFET 차동 증폭기는 입력 오프셋 전압, 공통 모드 제거비, 전압 이득 등의 주요 성능 지표를 만족하도록 설계해야 합니다. 이를 위해서는 MOSFET의 특성과 바이어스 회로, 부하 회로 등 차동 증폭기의 각 구성 요소에 대한 깊이 있는 이해가 필요합니다. MOSFET 차동 증폭기 설계 능력은 아날로그 회로 설계 실력을 크게 향상시킬 수 있습니다.
5. PSpice 시뮬레이션

PSpice 시뮬레이션은 아날로그 회로 설계 과정에서 매우 중요한 역할을 합니다. PSpice를 활용하면 실제 회로를 구현하기 전에 회로의 동작을 사전에 검증할 수 있어 설계 시간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 또한 PSpice 시뮬레이션을 통해 회로의 성능 지표를 정확하게 예측할 수 있으며, 회로 최적화를 위한 다양한 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 따라서 PSpice 시뮬레이션 기술은 아날로그 회로 설계 능력 향상에 필수적인 주제라고 할 수 있습니다.