차동 증폭기 회로 실험

문서 내 토픽

1. BJT 차동 증폭기

BJT 차동 증폭기는 플러스와 마이너스 입력단자를 가진 회로로, 두 입력에 인가된 신호에서 위상이 반대인 신호성분은 크게 증폭되지만 동상인 신호성분은 출력에서 상쇄된다. DC 결합으로 연결되며 양의 전원 VCC와 음의 전원 VEE가 DC 바이어스를 제공한다. 차동 전압이득과 공통모드 이득을 계산할 수 있으며, 실험에서 두 트랜지스터의 re값이 같다고 가정한다.
2. FET 차동 증폭기

FET 차동 증폭기는 JFET를 사용하는 차동 증폭기로, 차동 전압이득을 계산할 수 있다. IDSS와 VP(핀치 오프 전압)값을 구하여 DC 바이어스 전압과 전류를 계산한다. 실험에서 Q1, Q2, Q3의 IDSS는 4.2416mA, VP는 -2.34V로 측정되었다.
3. DC 바이어스 분석

차동 증폭기의 DC 바이어스 전압과 전류를 계산하고 측정한다. BJT 차동 증폭기에서 VCC=10V, VEE=-10V로 설정하고 각 트랜지스터의 DC 바이어스 전압을 측정한다. 계산값과 시뮬레이션 값을 비교하여 트랜지스터의 매칭 정도를 판정한다.
4. AC 동작 및 전압이득

차동 증폭기의 AC 동작에서 차동이득과 공통모드 이득을 계산한다. 주파수 10kHz의 입력신호를 인가하여 출력전압을 측정하고 전압이득을 계산한다. 차동 전압이득은 계산값 179.92와 측정값 279.325로 오차가 발생했으나, 공통모드 전압이득은 계산값 0.5와 측정값 7.595로 근사한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. BJT 차동 증폭기

BJT 차동 증폭기는 아날로그 회로 설계에서 가장 기본적이면서도 중요한 구성 요소입니다. 두 개의 BJT를 대칭적으로 배치하여 차동 신호를 증폭하는 방식은 공통 모드 신호를 억제하면서 차동 신호만 증폭할 수 있다는 장점이 있습니다. 특히 높은 이득과 우수한 선형성으로 인해 오디오 증폭기, 계측 장비, 통신 시스템 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 다만 온도 변화에 따른 특성 변화와 정밀한 바이어싱이 필요하다는 점은 설계 시 고려해야 할 사항입니다.
2. FET 차동 증폭기

FET 차동 증폭기는 BJT 차동 증폭기의 대안으로서 높은 입력 임피던스와 낮은 입력 바이어스 전류라는 뛰어난 특성을 제공합니다. 특히 고임피던스 신호원을 다루는 응용에서 매우 유용하며, 저주파 잡음 특성도 우수합니다. MOSFET을 사용한 집적 회로 구현이 용이하여 현대의 CMOS 기술에 잘 맞습니다. 다만 상대적으로 낮은 이득과 온도 계수 특성이 BJT보다 좋지 않을 수 있다는 점을 고려하여 설계해야 합니다.
3. DC 바이어스 분석

DC 바이어스 분석은 차동 증폭기의 정상 동작을 보장하기 위한 필수적인 과정입니다. 정확한 바이어스 설정을 통해 트랜지스터들이 활성 영역에서 동작하도록 하며, 이는 선형 증폭과 최대 출력 스윙을 가능하게 합니다. 대칭적인 바이어스 조건을 유지하는 것이 공통 모드 거부비를 높이는 데 중요하며, 온도 변화와 소자 편차에 대한 안정성을 확보하기 위해 신중한 설계가 필요합니다.
4. AC 동작 및 전압이득

AC 동작 분석은 차동 증폭기의 신호 처리 능력을 평가하는 핵심입니다. 차동 이득과 공통 모드 이득의 비율인 공통 모드 거부비는 증폭기의 성능을 나타내는 중요한 지표입니다. 주파수 응답 특성, 대역폭, 위상 특성 등을 고려하여 설계하면 안정적이고 신뢰할 수 있는 증폭 시스템을 구축할 수 있습니다. 특히 고주파 응용에서는 기생 용량의 영향을 최소화하는 것이 중요합니다.

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