본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
이번 실험의 목적은 BJT를 이용하여 다른 방법으로 바이어스 된 3개의 회로, Class-A output stage, Class-B output stage, Class-AB output stage를 설계하고 BJT에 흐르는 전류와 각 노드의 전압을 측정하여 BJT의 특성을 확인하는 것이다. 이를 통해 각 출력단의 동작 원리와 특성을 이해하고 서로 비교할 수 있다.
출력단의 차이를 확인하기 위해서는 먼저 Class-A 출력단을 구현하여 BJT의 전류와 노드 전압을 측정한다. 다음으로 Class-B 출력단을 구현하여 측정하고, 마지막으로 Class-AB 출력단을 구현하여 측정한다. 각 출력단의 실험 결과를 바탕으로 오차율을 분석하고 장단점을 종합적으로 고찰한다.
1.2. 실험 장치 및 재료
<실험 장치 및 재료>
본 실험에 사용된 기기 및 부품은 다음과 같다. 기기로는 오실로스코프, 함수 발생기, 멀티미터, 직류 전력 공급기가 사용되었다. 부품으로는 780Ω, 1kΩ 저항기와 MPQ2222(npn형) 트랜지스터 어레이가 사용되었다. 실험 회로는 브레드보드 상에 구성되었으며, 트랜지스터들은 MPQ2222 어레이 내부의 것들이 사용되었다. Class-A 출력단 실험을 위해서는 R = 780kΩ, RL = 1kΩ, Vcc = +10V, 그리고 -Vcc=-10V로 하여 회로를 구성하였다. Class-B 출력단 실험에서는 RL = 10k OMEGA의 부하저항을 사용하였다. Class-AB 출력단 실험에서는 RL = 10k OMEGA의 부하저항이 사용되었다. 실험을 위해 입력 단자(Q1의 베이스 단자)는 접지로 연결하고, 사인파 전압 전원을 회로의 입력 단자와 접지 사이에 1kHz 주파수로 인가하였다.
2. 실험 결과
2.1. Class-A 출력단 검증
실험 회로도에는 공급 전압 Vcc = +10V, -Vcc = -10V가 연결되어 있다. 저항기 R = 780kΩ, 부하 저항 RL = 1kΩ이 사용되었다. 트랜지스터 어레이 MPQ2222(npn형)의 트랜지스터 Q1이 사용되었다. 입력 단자인 Q1의 베이스 단자를 접지에 연결하고 멀티미터로 직류 바이어스 전류 IQ를 측정하였다. 또한 1kHz의 사인파 전압을 입력 단자와 접지 사이에 인가하였다. 입력 사인파 전압의 피크 전압을 증가시키면서 그에 따른 출력 사인파의 피크간 전압을 오실로스코프로 측정하였다.
A급 출력단은 입력 신호에 대해 증폭된 신호가 선형 영역이 되도록 바이어스되는 증폭기이다. 하나의 트랜지스터가 전체 교류 신호를 증폭하므로 효율이 30% 이하이다. 측정 결과, Rc와 RL이 동일한 경우 최대 효율은 25%가 나왔다. 입력 전압이 증가하면 입력 전력은 변화가 없지만 출력 전력은 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 일그러짐 없는 최대 출력을 얻기 위해서는 동작점이 교류 부하선의 중심에 위치하도록 설계되어야 한다.
2.2. Class-B 출력단 검증
② 부하저항 R_L = 10kΩ를 연결하고, 입력노드 S에 0.2V_p-p, 1kHz 삼각파형을 인가하였다. 오실로스코프로 노드 S, A, B의 전압을 측정하여 S to B, A to B의 전압이득을 구하였다. 입력 진폭을 증가시키며 입력 S와 출력 B의 피크전압을 측정하였고, 이를 이용하여 입출력 전압의 관계를 그래프로 나타냈다. 또한 출력이 포화될 때의 입력과 출력 전압을 확인하였다.
실험 결과, 입력전압이 0일 때 Q1에 흐르는 전압은 각 부분에서 모두 0이었고 노드 전압 또한 전압원과 연결되어있지 않으면 0을 나타냈다. 입력전압을 가해 주었을 때는 출력전압은 0이었고 입력전압이 200mV일 때 전압 이득은 0이었다. 하지만 전압을 증가시킬수록 이득도 증가하였고 5V 이상...
