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1. 공통 소오스 증폭기 실험
1.1. 실험 목적 및 개요
이 실험의 목적은 MOSFET을 이용한 공통 소오스 증폭기의 동작 원리를 이해하고, 실험을 통해 특성을 측정하는 것이다.
공통 소오스 증폭기는 게이트가 입력 단자, 드레인이 출력 단자, 소오스가 공통 단자인 증폭기로서 높은 전압 이득을 얻을 수 있는 장점이 있어 널리 사용되고 있다. 이 실험에서는 공통 소오스 증폭기의 입력 출력 특성 곡선을 구하고, 소신호 등가회로의 개념을 적용하여 전압 이득을 구해본 다음, 실험을 통하여 동작을 확인하고자 한다. 즉, 공통 소오스 증폭기의 동작 원리와 특성을 이해하는 것이 이 실험의 주된 목적이다.
1.2. MOSFET의 소신호 등가회로
MOSFET의 소신호 등가회로는 MOSFET의 내부 동작 특성을 전류원, 저항 등으로 모델화한 회로이다. MOSFET은 전압 제어 전류원(voltage controlled current source)으로 동작하는데, 게이트와 소스 사이의 전압 Vgs에 따라 드레인 단자에 전류 gm vgs를 공급한다. 이때 이상적으로 입력 저항은 무한대이고 출력 저항도 크다고 볼 수 있다.
MOSFET의 소신호 등가회로에는 두 가지 모델이 존재한다. 첫 번째는 하이브리드 모델로, MOSFET의 내부 동작을 전압 제어 전류원 gm vgs와 출력 저항 ro로 나타낸다.
두 번째는 T 모델로, MOSFET의 내부 동작을 전압 제어 전류원 gm vgs와 두 개의 저항 rd, rs로 나타낸다. rd는 채널 변조 효과를 고려한 출력 저항이고, rs는 소스 저항을 의미한다.
MOSFET이 포화 영역에서 동작할 때, 입력 전압과 드레인 전류 사이에는 제곱의 법칙(square law)이 성립하므로 비선형적인 특성을 보인다. 이러한 비선형적인 특성을 지닌 MOSFET을 선형적인 증폭기로 사용하기 위해서는, 입력에 DC 바이어스 전압 VGS와 소신호 vgs를 동시에 인가한다. 이때 VGS 전압 부근에서 소신호 vgs를 인가하면, 동작점(Q점) 부근에서 선형적으로 근사화할 수 있으며, 이때의 기울기가 MOSFET의 트랜스컨덕턴스 gm에 해당된다.
1.3. 공통 소오스 증폭기의 동작 원리
공통 소오스 증폭기의 동작 원리는 다음과 같다.
공통 소오스 증폭기는 게이트가 입력 단자, 드레인이 출력 단자, 소오스가 공통 단자인 증폭기 회로이다. 이 회로에서 게이트-소오스 전압(Vgs)이 입력 신호로 인가되면, MOSFET에 흐르는 드레인 전류(Id)가 변화하게 된다. 이때 드레인 전류의 변화는 드레인-소오스 간...
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