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전자전기공학부 학생입니다

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홍익대 대학물리실험 [지자기의 수평성분]

(2) 비오사바르 법칙: 나침반이 남북을 가리키는 것은 지구가 큰 자석으로 되어있다고 생각하 면 된다. 이 지구 자석이 만드는 자기장을 지구 자기장이라고 한다. 나침반의바늘이 전류 가 흐르는 도체에 의하여 편향된다는 사실을 1819년 외르스데드에 의해 발견되었다.< 중 략 >3. 토의실험의 목적은 코일에 흐르는 전류의 값을 변학시킬 때 나침반이 회전되는 각도를 이용하여 자기장의 수평성분을 구한다이다. Bh는 지구 자기장의 수평성분이기 때문에 변하면 안된다. 그렇기 Bh값은 같게 나와야 성공적인 실험이다. 결과적으로 똑같이는 나오지 않았지만 오차 율10%이므로 비슷하게 나왔으므로 성공적인 실험이라고 할 수 있다.

공학/기술| 2022.06.26| 6페이지| 1,000원| 조회(166)

물리실험, 대학물리실험, 물리2실험, 지자기의 수평성분

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홍익대 대학물리실험보고서 [전기저항, 휘스톤브릿지] , A+받은 보고서입니다.

1. 실험배경: 전류가 흐를 때 자침이 많이 돌아간다는 것을 알게된 과학자가 어떤 경우에 전류 가 가장 많이 흐르게 되는가를 알아내기 위해 금속에 따라 나침반의 바늘이 움직이는 정도 를 쟀다. 그 각도는 금속마다 달랐고，금속이 지닌 고유한 성질에 따라 전류가 많이 흐르고 적게 흐른다는 것을 알게 되었다. 그렇게 해서 나오게된 식이 옴의 법칙이다. 옴의 법칙이 성립하는 것을 실험을 통해 알아보자.2. 실험목적: 저항기의 직렬，병렬 연결을 통한 옴법칙과 키르히호프 법칙을 확인한다. 휘트스 톤 브리지를 이용해 미지 저항값을 정밀하게 측정한다. 색코드 표를 통한 저항 확인 방법을 익히고，실험결과와 비교한다.2. 실험목적: 저항기의 직렬，병렬 연결을 통한 옴법칙과 키르히호프 법칙을 확인한다. 휘트스 톤 브리지를 이용해 미지 저항값을 정밀하게 측정한다. 색코드 표를 통한 저항 확인 방법을 익히고，실험결과와 비교한다.3. 실험이론:1. 옴의 법칙: 옴은 금속도선에서 전압과 전류를 측정하여 이들 사이 S 선형의 비례관계가 있음을 알아내었다. 이와 같은 전류와 전압의 직선적인 비례관계를 옴의 법칙이라고 한다.< 중 략 >4. 실험방법: 실험목적에 맞게 회로들을 직렬，병렬，휘트스톤 브리지로 구현을 한 후 각각의 실험을 진행하였다. 앞서 서론에서 언급한 이론에 따라 직렬회로에서는 각각의 저항들의 합을 전압에 나눠주면 전류가 된다. 전류와 전압을 측정하였기 때문에 등가저항을 구할 수 있다. 이 방법은 병렬회로에서도 동일하게 적용된다.< 중 략 >7. 요약: 먼저 직렬회로 실험을 요약해보자면 직렬회로에서는 동일한 전류가 흐르게 된다. 그 렇기 때문에 전압이 분배되는 현상이 일어난다. 각 저항에 걸리는 전압을 측정을 했고，전 류를 알기때문에 옴의 법칙을 사용하여 각 저항의 저항값을 계산할 수 있다.

공학/기술| 2022.06.26| 6페이지| 1,000원| 조회(237)

전기저항, 물리실험, 휘스톤브릿지, 대학물리실험, 물리2실험

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홍익대 대학물리실험 보고서 [RC회로]

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공학/기술| 2022.06.26| 6페이지| 1,000원| 조회(270)

물리실험, RC회로, 대학물리실험, 물리2실험

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홍익대 대학물리실험보고서 [파동의중첩]

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공학/기술| 2022.06.26| 6페이지| 1,000원| 조회(192)

물리실험, 대학물리실험, 파동의중첩, 물리2실험

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홍익대 실험 프로젝트 <Two Stage Amplifer 회로설계> 입니다. mosfet를 사용한 회로이며, pspice에서 2N7000/FAI 소자를 사용했습니다.

2022 전자회로실험 프로젝트< TWO STAGE AMPLIFIER >****** ***1. 전체적인 Project 진행 OutlineSpecifications of the AmplifierVcc = 10VVsin`의`VOFF=0`/`VAMP``=`1mV``/``FREQ`=`1kHzMOSFET : 2N7000/FAI (NMOSFET)Gain : 36IntroductionTwo stage Amplifier는 2개의 stage가 있다. gain이 36이므로 1mV의 input voltage swing를 36mV 까지 증폭시켜야한다. 첫번째 스테이지에서 6mV를 증폭시킨 후 두 번째 스테이지에서 6mV를 증폭시켜 총 (6x6) 36mV를 만들었다. 또한 높은 gain를 얻기위하여 cascode방법를을 사용하였다.먼저 mosfet를 증폭기로 사용하기 위해서는 mosfet의 동작기능에 대해 알아야한다.Figure1 MOSFET 동작모드 그래프mosfet은 Turn-off / Triode region / Saturation region 3가지 동작모드가 있다. Turn-off모드는 Vgs0 가 되고 Vgs>Vth 가 되면 MOSFET이 켜지면 비로소 작동을 하게 된다. 하지만 Drain과 Source간 전압 차이에 따라 전류가 변하게 된다. Vds = Vgs-Vth가 되는 순간 전류는 더 이상 증가하지 않고 일정한 값을 가지게 된다. 그 후 Vds > Vgs-Vth 되면 Saturaion모드로 Vds전압에 상관없이 오직 Vgs전압에 따라 전류가 변하게 된다. Mosfet를 증폭기로 사용하기 위해서는 꼭 Saturation 모드에서 작동시켜야한다.두 번째로 cascode에 대해 간단하게 설명하자면 Common Source stage의 output에 Common Gate Stage를 연결해주는 방법이다.Figure2 Cascode MOSFET 구성mosfet의 gain은 주로LEFT | A _{V} RIGHT | =g _{m} R _{D}이므로 gain를 높이는 위해서는 첫 번째로 gm 높이거나 두 번째로 ro 높여야한다.gm` PROPTO I _{D} 이므로 회로에서 전류가 커지면 그만큼 전력이 소모가 되므로 좋은 방법은 아니다. ro(output impedance)를 높이기위한 가장 좋은 방법은 cascode를 사용하는 것이다. output쪽에서 바라보면 common source stage는 common gate source의 gain만큼 증폭된 저항으로 보인다.수식으로 나타내면R _{out} =(1+gm _{1} ro _{1} )(ro _{2} )+ro _{1} 이다. 저항이 매우 커진 것을 확인할 수 있다.Figure3 2N7000 datasheet2N7000/FAI의 datasheet를 확인해본 결과 Vth는 0.8V ~ 3.0V까지 가능하다.이번 실험에서는 Vth = 2.1V를 사용하였다.2. 전체 회로도Figure4 Circuit DiagramFigure5 Circuit Diagram & DC Value3. 설계과정R1과 R2는 MOSFET를 biasing하는데 쓰이고 gain에는 영향이 없다. ideal 증폭기에서 input impedance는 infinite하므로 최대한 높은 저항을 썼다. MOSFET의 Gate에 3V~4V전압을 넣어주기 위해R _{1} =9M ohm ,R _{2} =3M ohm 로 설계하였다. c1은 입력 디커플링 커패시터이다. 증폭될 신호의 DC 성분을 제거하기 위해 사용하였다. Cascode에서 M3가 Common Source stage로 M1이 Common gate stage로 구성하였다. M1의 gate voltage는 VCC보다 작게 8V를 넣었다. 또한 모든 MOSFET의 Saturation 맞추며 저항의 값, Gate voltage 들을 조절하였다.1 stage와 2stage 각각에 gain 6를 원했으므로 두 stage의 구성과 gain의 값을 같게 하였다. 각각의 gain을 더하는 것이 아닌 곱해야 최종적인 gain를 얻을 수 있다. 두 stage는 연결되어 있어 앞 신호가 뒤 회로로 들어가기 때문에 곱해줘야한다.우선 gm의 값을 알기위해 datasheet를 찾아봤지만 W/L의 값을 찾을 수 없어 전류를 통해 계산하였다. 시물레이션을 돌리면서 얻는 전류를 통해gm= {2I _{D}} over {Vgs-Vth} 이 공식을 사용하여 gain를 조절하였다. 그 후 얻은 gm값으로LEFT | A _{V} RIGHT | =gmR _{D}를 사용하여 gain에 맞는 저항 RD를 찾았다.4. Simulation 결과Figure6 Simulation Result(1)Figure7 Simulation Result(2)Figure8 Gain ValueDC AnalysisV _{CC} =10VR _{1} =9M ohm `/`R _{2} =3M ohm M3:`Vg= {R2} over {R1+R2} Vcc=2.916VM1:`Vg=8VM1:`V _{S} =5.039VM1:`Vd=VCC-I _{D} R _{D} =7.019VM1:`V _{gs} =8V-5.039V=2.961VM1:`Vgs-Vth=2.961V-2.1V=0.861VM1:`Vds=7.019V-5.039V=1.98VVds (1.98V) > Vgs-Vth (0.861V) 이므로 Saturaion mode이다.Biasing AnalysisI _{D} =101.1mAgm1= {2I _{D}} over {Vgs-Vth} = {2(0.101A)} over {0.861V} =0.235SLEFT | A _{V} RIGHT | =gm1 TIMES R _{D} =0.235 TIMES 29.5=6.92< 1st stage Vout >< 2st stage Vout >Vout1 = 6.0617mVVout2 = 36.883mV=> 위 결과를 보면 1st stage에서 6mV와 2st stage에서 6mV를 각각 얻어 성공적으로 gain (6x6=36) 36를 얻을 것을 확인할 수 있다.5. Project 고찰이번 프로젝트는 two stage amplifier 실험을 진행하였다. 2개의 stage를 사용하여 vin 증폭시키는 회로를 설계해야한다. 나의 gain은 36으로 각각의 stage에 gain를 6씩 목표로 하였다. 2개의 stage를 동일하게 설계하여 같은 gain를 얻도록하였다. Amplifier란 증폭기로 높은 gain를 만드는 소자이다. 높은 gain를 만들 수 있는 이유부터 생각하였다. 그결과 gm를 높이거나 RD를 높이는 방법이 있었다. gm높이면 전류의 값도 증가하므로 전력소모가 더 커져 좋은 방법은 아니였다. 그리하여 RD의 값을 높일 수 있는 방법인 cascode을 선택하였다. cascode의 common gate부분의 vout쪽에 저항 RD를 달아 Gain값을 조절하였다. 먼저 DC voltage부터 조절하였다. 앞에서 설명한 것과 같이 MOSFET를 증폭기로 사용하기 위해선 무조건 Saturation mode에서 실행을 해야한다. 그렇기 때문에 DC Voltage를 saturation mode에 맞게 gate쪽에 저항인 R1과 R2를 조절하였다. 또한 M1의 gate voltage 의 값도 조절해가며 동작모드에 맞게 설계하였다. DC분석이 끝난 후 AC에서 gain를 설계하였다. RD가 29.5옴일 때 Vout = 6mV를 도출할수있었다. 시물레이션 결과에서 계산한 것과 같이 저항과 전류의 값으로 계산한 gain과 실제로 얻은 gain이 동일하였다. 예상과 같게 결과가 나와 성공적인 실험이였다.회로 구현을 할 때 많은 시행착오가 있었다. 첫 번째로 Cascode MOSFET를 구현할 때 Vin를 M1에 넣어 gain를 얻었지만 cascode의 역할을 회로가 하지 못하였다. cascode의 원리를 이해하고 나니 M3에 Input voltage를 넣어야 큰 output impedance를 얻을 수 있다는 것을 알게되었다. 두 번째는 Saturation region를 간과했다는 점이다. 원하는 gain이 나와도 Vg, Vgs, Vds 값들로 계산한 결과가 gain과는 맞지 않다는 것을 알게되었다. 문제점을 찾다 saturaion mode가 아닌 것을 확인할수있었다. 다행이 이 둘을 인지하고 회로를 다시 설계한 결과 36의 gain를 얻었고 각각의 파라미터들을 공식을 통해 계산한 식과 gain식과 같게 나오는 것을 확인 할 수 있었다. 완벽한 실험은 없기 때문에 각각의 파라미터에서 크지않은 오차가 발생하였다. 그 원인을 분석한 결과 pspice에서 Voltage값이 정확한 그 값이 아닐 수도 있고 전압이 정확히 저항에 의해 나뉘지 않았을 수도있다. 또한 output voltage의 그래프에서 전압을 뽑을 때 그래프의 선 두께나 굴곡으로 인해 오차가 발생했을수도있다.

공학/기술| 2022.06.26| 9페이지| 2,500원| 조회(973)

프로젝트, 전자회로실험, 회로설계, two stage, 실험회로, two stag..

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