Common Source Amplifier의 고주파 효과 및 밀러 효과 분석

본 내용은 " [전자회로실험2]보고서9주차(고주파)-고주파효과 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.12.27

문서 내 토픽

• 1. 밀러 효과(Miller Effect)

  Common Source Amplifier 회로에서 게이트와 드레인 사이의 기생 커패시터 Cgd로 인해 입력 임피던스가 (1+A)배 증가하는 현상. 입력 쪽에서 바라보는 커패시터 값이 원래 값보다 크게 보이며, 이로 인해 고주파에서 이득이 감소한다. 밀러 효과는 Zm = 1/(1+A)sCgd 식으로 표현되며, 고주파 특성 악화의 주요 원인이다.

• 2. Common Source Amplifier 회로 설계

  결합 커패시터 C1과 바이패스 커패시터 C3는 주파수에 따라 임피던스가 변하는 리액턴스 성분. 고주파에서는 이들이 단락되었다고 가정하며, 트랜지스터 내부 커패시터의 영향을 분석. AC 등가 회로에서 Rsi, Rd, 기생 커패시터 등을 고려하여 회로 특성을 파악한다.

• 3. 상한 차단 주파수(Upper Cutoff Frequency)

  고주파 영역에서 회로의 이득이 감소하기 시작하는 주파수. 상한 차단 주파수는 Rsi와 커패시터 값이 작을수록 높은 주파수 대역에 존재. 실험 결과에서 1MHz에서 5MHz 사이에 이득이 가파르게 감소하는 구간이 관찰되었으며, 이 이전 주파수를 상한 코너 주파수라 한다.

• 4. 주파수 응답 특성 및 Mid-Band

  저주파에서 고주파로 갈수록 회로의 이득 변화를 분석. Mid-Band는 이득이 일정하게 유지되는 구간으로, 상한 코너 주파수(wH)와 하한 코너 주파수(wL)의 차이. Mid-Band가 넓을수록 좋은 회로이며, 실험에서 Rsi 값 변화에 따른 이득 감소 특성을 관찰했다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 밀러 효과(Miller Effect)

  밀러 효과는 증폭기 회로에서 입력과 출력 사이의 피드백 용량으로 인해 발생하는 중요한 현상입니다. 특히 게이트-드레인 간 용량(Cgd)이 증폭기의 입력 임피던스에 미치는 영향을 설명하는 핵심 개념으로, 실제 회로 설계에서 고주파 특성을 결정하는 주요 요소입니다. 밀러 효과로 인해 입력 용량이 증가하면 입력 임피던스가 감소하고 대역폭이 제한되므로, 고속 회로 설계 시 반드시 고려해야 합니다. 이를 이해하면 회로의 주파수 응답을 예측하고 최적화할 수 있어 매우 실용적입니다.

• 2. Common Source Amplifier 회로 설계

  Common Source Amplifier는 FET 기반 증폭기의 가장 기본적이면서도 중요한 구성입니다. 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스, 그리고 우수한 이득 특성으로 인해 광범위한 응용 분야에서 사용됩니다. 회로 설계 시 바이어싱, 부하 저항, 소스 저항 등을 적절히 선택하여 원하는 이득과 대역폭을 달성할 수 있습니다. 특히 고임피던스 신호원을 다루는 응용에서 탁월한 성능을 제공하며, 집적회로 설계에서도 기본 구성 요소로 널리 활용됩니다.

• 3. 상한 차단 주파수(Upper Cutoff Frequency)

  상한 차단 주파수는 증폭기의 고주파 특성을 결정하는 중요한 파라미터로, 이 주파수 이상에서 이득이 급격히 감소합니다. 밀러 효과와 기생 용량의 영향으로 인해 결정되며, 회로의 실제 동작 대역폭을 제한합니다. 상한 차단 주파수를 높이기 위해서는 기생 용량을 최소화하고 트랜지스터의 특성을 최적화해야 합니다. 이는 고속 신호 처리, RF 회로, 통신 시스템 등에서 매우 중요한 설계 고려사항이며, 정확한 계산과 측정이 필수적입니다.

• 4. 주파수 응답 특성 및 Mid-Band

  주파수 응답 특성은 증폭기의 전체 성능을 평가하는 핵심 지표로, Mid-Band 영역에서의 이득은 회로의 기본 증폭 능력을 나타냅니다. Mid-Band에서는 결합 용량과 바이패스 용량의 영향이 무시할 수 있으므로 순수한 증폭 이득을 얻을 수 있습니다. 저주파와 고주파 영역에서의 이득 감소는 각각 다른 메커니즘으로 발생하며, 이를 분석하면 회로의 대역폭과 성능 한계를 파악할 수 있습니다. 실제 응용에서는 필요한 주파수 범위에서 충분한 이득을 유지하도록 회로를 설계해야 합니다.