본문내용
1. 실험 목적 및 개요
이 실험은 Class-A Output Stage, Class-B Output Stage, Class-AB Output Stage 회로의 특성을 알아보고 실험을 통해 직접 검증하는 것이다. 각 클래스 증폭기의 DC Bias와 Signal Operation 특성을 측정하고, 이론과 시뮬레이션 결과와 비교 분석한다. 또한 Class-A, Class-B, Class-AB 증폭기의 특성을 상호 비교하여 이해한다.
이를 위해 npn BJT, pnp BJT, 저항, 다이오드 등의 부품을 활용하여 각 증폭기 회로를 구성하고, 입출력 전압, 전류 등을 측정한다. 측정 결과와 이론, 시뮬레이션 결과를 비교 분석하여 각 클래스 증폭기의 특성과 장단점을 도출한다. 이를 통해 전력 증폭기 회로의 설계 및 동작 원리를 이해하고 응용할 수 있게 된다.
2. 실험 부품 및 데이터시트
npn BJT(2N2222 or 2N3904)는 최대 800 mA의 높은 전류를 흘릴 수 있으며 최대 40 V의 낮은 전압이 필요하다. 또한 linear한 증폭과 스위칭 특성을 지닌다. pnp BJT(2N2907 or 2N3906)는 최대 600 mA의 높은 전류를 흘릴 수 있으며 최대 60 V의 낮은 전압이 필요하다. 또한 linear한 증폭과 스위칭 특성을 지닌다. 저항으로는 100 Ω(4개), 10 kΩ(2개), 1 kΩ(1개)을 사용한다. 1N4002는 p-n 접합 구조를 가진 다이오드로, 한쪽 방향으로만 전류가 흐르게 하는 특성을 지닌다.
3. 실험 결과
3.1. Class-A Output Stage 검증
3.1.1. DC Bias 측정
입력 노드 S를 ground로 연결하고, 노드 B에 부하 저항을 연결하지 않으며, 전원 전압은 ±5 V이다. 그리고 각 노드의 전압을 측정하고 트랜지스터 Q1의 전류를 측정한다.
노드 A의 전압은 -15.58 mV이고, 노드 B의 전압은 -642.9 mV이다. 노드 C의 전압은 4.8984 V, 노드 D의 전압은 -4.9546 V이다. 노드 E의 전압은 -4.3233 V이고, 노드 F의 전압은 -4.9184 V이다.
트랜지스터 Q1의 베이스 전류는 1.78 μA, 콜렉터 전류는 582.6 μA, 이미터 전류는 584.2 μA이다.
이를 통해 Class-A Output Stage에서는 큰 바이어스 전류가 흐르며, 출력 신호의 크기가 가장 작다는 것을 알 수 있다. 또한 트랜지스터가 항상 활성 영역에서 동작하므로 선형성이 매우 좋다는 특징을 갖고 있다. 하지만 이로 인해 전력 효율이 낮다는 단점이 있다.
3.1.2. Signal Operation 측정
Signal Operation 측정
Class-A Output Stage의 Signal Operation 실험을 위해 R2를 10 kΩ, 부하 저항 RL을 10 kΩ으로 구성하고, 입력 노드 S에 0.1 Vpp, 1 kHz의 삼각파를 인가한다. 오실로스코프로 노드 S, A, B의 전압을 측정하여 S to B의 전압 이득과 A to B의 전압 이득을 구한다.
입력 신호의 크기를 점차 증가시키며 입력 S와 출력 B의 peak 전압을 측정한다. 이를 통해 입력과 출력 전압의 관계를 그래프로 나타내고, 출력이 포화될 때의 입력과 출력 전압을 표시한다.
실험 결과, 노드 S, A, B의 전압은 각각 100 mV...
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