소개글
"전자회로실험 실험16 17예비보고서"에 대한 내용입니다.
목차
1. 전류원 및 전류 거울
1.1. 실험 개요
1.2. 배경 이론
1.3. 실험 회로
1.4. 실험 절차 및 예비 값
1.5. 예비 보고 사항
2. 능동 부하가 있는 공통 소오스 증폭기
2.1. 실험 개요
2.2. 배경 이론
2.3. 실험 회로
2.4. 실험 절차 및 예비 값
2.5. 예비 보고 사항
3. 직류회로에서의 계산
3.1. 실험 개요
3.2. 이론 조사
3.3. 실험 기기
3.4. 예비보고서 문제 풀이
3.5. 실험 순서
4. 참고 문헌
본문내용
1. 전류원 및 전류 거울
1.1. 실험 개요
이 실험은 아날로그 증폭기에서 부하로써 널리 사용되고 있는 정전류원 및 전류 거울을 이용한 능동 부하(active load)회로를 구성하고, 이를 실제로 구현함으로써 정전류원 및 전류 거울의 특성을 정확하게 파악하는 것을 목적으로 한다.
정전류원 및 전류 거울은 아날로그 회로에서 매우 중요한 회로 요소이며, 특히 전류 거울은 저전압 증폭기와 전류 공급 회로 등 다양한 분야에서 활용된다. 따라서 이들의 특성을 정확히 이해하고 실험을 통해 직접 구현하는 것은 아날로그 회로 설계 능력을 기르는데 도움이 될 것이다.
1.2. 배경 이론
MOSFET의 특성 구하기는 다음과 같다. MOSFET의 드레인 전류는 ID = {1/2}μp COX(W/L)(VSG - |Vth|)^2의 관계식으로 표현된다. 따라서 드레인 전류 ID를 구하기 위해서는 문턱 전압 |Vth|와 채널 이동도 μp COX(W/L)를 알아야 한다.
먼저 문턱 전압 |Vth|를 구하기 위해 그림 16-1과 같이 회로를 구성하고, Vin을 0V에서 VDD까지 변화시키면서 ID를 측정한다. ID가 흐르기 시작하는 VSG 전압이 문턱 전압 |Vth|가 된다.
다음으로 μp COX(W/L)를 구하기 위해 그림 16-2와 같이 회로를 구성하고, VSG를 VDD에 고정시킨 상태에서 ID를 측정한다. 이를 통해 μp COX(W/L)를 구할 수 있다.
이와 같은 방법으로 MOSFET의 특성을 파악할 수 있으며, 이를 통해 다양한 아날로그 증폭기 회로 설계에 활용할 수 있다.전류원 능동 부하 공통 소오스 증폭기는 입력 전압에 비례하는 소신호 전류가 흐르고, 이 전류가 부하 저항에 의해서 출력 전압으로 변환되는 구조이다. 공통 소오스 증폭기의 부하로는 저항, 다이오드를 연결한 트랜지스터, 트라이오드 영역에서 동작하는 트랜지스터, 전류원으로 동작하는 트랜지스터 등이 사용될 수 있다.
트랜지스터를 사용하는 부하를 능동 부하라고 하며, 그 중에서도 전류원으로 동작하는 트랜지스터가 가장 큰 출력 저항을 얻을 수 있어 가장 많이 사용되고 있다. 그림 16-3은 능동 부하가 있는 공통 소오스 증폭기의 개념도이며, 전류원 부하의 출력 저항이 부하의 역할을 한다.
그림 16-4는 PMOS 트랜지스터 M2를 이용하여 전류원 부하를 구현한 공통 소오스 증폭기 회로이다. 이와 같이 정전류원과 전류 거울을 이용하면 공정, 전압, 온도에 무관한 이상적인 정전류원을 만들 수 있다.
1.3. 실험 회로
실험 회로는 다음과 같다. 아날로그 증폭기에서 부하로 널리 사용되고 있는 정전류원 및 전류 거울을 이용한 능동 부하 회로를 구성한다. 정전류원을 이용한 전류 바이어스 회로와 전류 거울 회로를 포함하고 있다. 이를 통해 정전류원 및 전류 거울의 특성을 정확하게 파악하고자 한다.
먼저 MOSFET M3와 저항 RREF로 구성된 전류 바이어스 회로를 이용하여 기준 전류 IREF를 발생시킨다. 그리고 이 기준 전류를 MOSFET M2와 M3로 구성된 전류 거울을 통해 MOSFET M2의 DC 전류를 결정한다. 이때 M2의 DC 전류는 전류 거울 비율에 따라 IREF와 일치하게 된다. 이렇게 생성된 정전류는 부하 역할을 하는 M2 트랜지스터의 DC 바이어스 전류가 된다.
따라서 이 실험 회로를 통해 정전류원 및 전류 거울의 특성을 파악할 수 있다.
1.4. 실험 절차 및 예비 값
'1.4. 실험 절차 및 예비 값'은 다음과 같다.
M1 트랜지스터의 gm을 결정하기 위해 M1 및 M2 트랜지스터에 흐르는 DC전류를 결정한다. 그리고 M1 트랜지스터의 드레인 단자에 원하는 DC 전압 출력이 나오고 DC 전류가 흐르도록 Vpbias 0V에서 6V까지 500mV 단위로 변화시키면서 최적의 Vpbias를 결정한다. 예비 보고 사항에서 미리 정한 값 부근에서 조정하면 빠르게 찾을 수 있다. PSpice를 이용하여 M_1의 드레인 전압이 2.358V가 되도록 R_REF를 40Ω으로 설정하였을 때, Vpbias=1.350V, I1=12.951mA, ...
참고 자료
광운대학교 전기공학과, 전기공학실험, 79p-87p
[네이버 지식백과] 저항기를 이용한 브릿지(bridge) 회로 (최신자동차공학시리즈 3 - 첨단자동차전기전자, 2012. 9. 5., 김재휘), https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1982257&cid=42331&categoryId=42334
위키백과, Y-Δ 변환, https://ko.wikipedia.org/wiki/Y-%CE%94_%EB%B3%80%ED%99%98
위키백과, 중첩의 원리, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A4%91%EC%B2%A9_%EC%9B%90%EB%A6%AC
[네이버 지식백과] 밀만의 정리, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=755209&cid=42341&categoryId=42341
