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1. 실험 목적 및 관련 이론
1.1. 소스 팔로워 실험 목적
이번 실험은 MOSFET을 이용한 기본적인 세 가지 증폭기 중에서 소스 팔로워에 대해 실험하는 것이다. 소스 팔로워의 동작 원리를 살펴보고, 증폭기의 전압 이득 및 특성을 실험을 통해 확인하고자 한다. 소스 팔로워는 출력 임피던스가 작아 작은 부하 저항을 구동하는데 많이 사용되는 중요한 증폭기 구조이다. 이번 실험을 통해 소스 팔로워의 주요 특성을 이해하고, 전압 이득, 주파수 응답 특성, 소신호 등가회로 분석 등을 살펴볼 수 있을 것이다.
소스 팔로워의 입력은 게이트 단자에 인가되고, 출력은 소스 단자에서 감지된다. 드레인 단자가 공통이므로 공통 드레인 증폭기라고도 불린다. 출력 신호가 입력 신호를 따라가기 때문에 소스 팔로워라고 불리기도 한다. 이 실험을 통해 소스 팔로워의 동작 원리와 특성을 이해하고, 실험 결과를 종합적으로 고찰할 것이다.
1.2. 소스 팔로워의 동작 원리
MOSFET을 이용한 기본적인 세 가지 증폭기 구조 중 하나인 소스 팔로워는 입력 신호를 증폭하지 않고 동일한 위상의 신호를 출력한다. 입력은 MOSFET의 게이트 단자에 인가되며, 출력은 소스 단자에서 감지된다. 이때 드레인 단자가 공통되므로 공통 드레인 증폭기라고 불리기도 한다.
소스 팔로워에서 출력 신호는 입력 신호를 따라가기 때문에 "팔로워"라는 이름이 붙었다. 이는 출력 전압 Vo가 입력 전압 VGS와 거의 동일하기 때문이다. 구체적으로, Vo ≈ VGS - Vth, 여기서 Vth는 MOSFET의 문턱 전압이다.
소스 팔로워의 전압 이득은 대략 1에 가깝다. 전압 이득 공식은 Av = (ro'||RL) / (1/gm + ro'||RL)로 표현되는데, 여기서 ro'는 출력 임피던스, RL은 부하 저항, gm은 트랜스컨덕턴스이다. 전압 이득이 1에 근접하므로 입력 신호가 거의 증폭 없이 출력으로 전달된다.
소스 팔로워의 핵심적인 특성은 출력 임피던스를 낮추는 역할이다. 이를 통해 고임피던스 소스에서 저임피던스 부하로 신호를 전달할 때 손실을 최소화할 수 있다. 출력 임피던스는 소스 저항 RS와 MOSFET의 특성에 따라 결정되며, 일반적으로 1/gm 정도의 값을 가진다.
또한 소스 팔로워는 전류 이득이 크다는 특징이 있다. 즉, 입력 신호의 전류는 작지만 출력에서 큰 전류를 공급할 수 있다. 이는 부하를 안정적으로 구동하는 데 도움이 된다.
결과적으로 소스 팔로워는 입력 ...
