본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
실험 9의 목적은 MOSFET의 기본적인 동작 원리를 살펴보고, 전류-전압 특성 및 동작 영역을 실험을 통하여 확인하는 것이다. MOSFET은 전계효과를 이용하여 전류가 흐르는 소자로, 게이트 전압을 변화시키면 드레인에서 소스로 흐르는 전류가 달라지면서 증폭기로 동작할 수 있다. 이 실험을 통해 MOSFET의 기본적인 동작 원리와 특성을 이해하고자 한다.실험 10의 목적은 MOSFET을 증폭기로 동작시키기 위해 필요한 적절한 DC 바이어스를 알아보는 것이다. MOSFET 증폭기의 동작점은 DC 바이어스에 의해 결정되며, DC 바이어스는 증폭기의 전압 이득과 스윙을 결정하는 중요한 역할을 한다. 이 실험에서는 MOSFET을 이용한 증폭기의 DC 동작점을 잡아주기 위한 바이어스 회로에 대해 공부하고, 실험을 통해 그 동작을 확인하고자 한다.
1.2. 실험 장비
실험 장비는 다음과 같다.
직류전원 공급 장치(DC Power Supply)는 직류전원(DC Power)을 발생시켜 회로에 공급하는 가장 기본적인 실험 장비이다. 멀티미터(Multimeter)는 전류, 전압, 저항 등의 전기적인 물리량을 측정하는 다기능의 계측기기로, 아날로그(Analog)형과 디지털(Digital)형이 있다. 함수발생기(Function Generator)는 여러 가지 형태의 함수를 발생시켜 전압 형태로 출력하는 장치로서, 발생할 수 있는 함수는 sine, square, ramp, pulse 등이 있다. 오실로스코프는 전기적인 신호를 화면에 그려주는 장치로서 시간의 변화에 따라 신호들의 크기가 어떻게 변화하고 있는지를 나타내 준다. 저항은 전류의 흐름을 저지하는 기본적인 소자이며, 커패시터는 전기 용량을 전기적 퍼텐셜 에너지로 저장하는 장치이다. 2N7000(NMOS)과 FQP17P10(PMOS)는 MOSFET 트랜지스터로, NMOS는 바디가 p형 기판, 소스 및 드레인이 n+로 도핑되고, PMOS는 반대로 바디가 n형 기판, 소스 및 드레인이 p+로 도핑된 구조이다.."
2. MOSFET의 기본 동작 원리
2.1. MOSFET의 구조
MOSFET의 구조는 다음과 같다. MOSFET에서 MOS는 "Metal Oxide Semiconductor"의 약자로서 구조를 나타내며, FET는 "Field Effect Transistor"의 약자로서 동작 원리를 나타낸다. MOSFET의 구조는 아래의 [그림 9-1 (a)]와 같으며, NMOS와 PMOS로 나뉘는데, NMOS는 p형 기판인 body와 n형 기판인 source, drain으로 구성된다. 마찬가지로 PMOS는 n형 기판인 body와 p형 기판인 source, drain으로 구성된다. [그림 9-1 (b)]에서 NMOS는 source와 drain이 전자가 많은 n형 기판으로 되어있다. source와 drain 사이에 전류가 흐르기 위해서 gate에 충분히 큰 전압을 인가하면, p형 기판의 일부가 n형으로 반전되고, 채널 영역(channel region)이 형성된다. 이 때, 길이를 채널 길이(channel length)라 하며, 'L'로 표기하고, 폭을 채널 폭(channel width)이라 하며,'W'로 표기한다. 채널 영역 위는 산화막이 만들어지며 그 위에 gate가 형성되며 산화막이 절연체 역할을 하여 전류가 거의 흐르지 않는다.
2.2. MOSFET의 동작 영역
2.2.1. 차단 영역
MOSFET의 차단 영역에서는 게이트 전압 VGS가 문턱 전압 Vth보다 작기 때문에 전류가 흐르지 않는다. 즉, VGS < Vth 조건이 만족되면 MOSFET은 차단 영역에서 동작하며 드레인 전류 ID가 0이 된다. 이는 게이트 전압이 부족하여 채널이 형성되지 않기 때문이다. NMOS의 경우 문턱 전압 Vth가 보통 0.4~1.0V이고, PMOS의 경우 문턱 전압 Vth가 -1.0~-0.4V 정도이다. 차단 영역에서는 MOSFET이 오프 상태이므로 전류가 흐르지 않아 증폭기로 사용할 수 없다. 따라서 대...
1
2
3
4
5
6
7
8