전자회로실험 과탑 A+ 예비 보고서 (실험 13 공통 게이트 증폭기)

문서 내 토픽

1. 공통 게이트 증폭기

공통 게이트 증폭기는 게이트 단자를 공통으로 하고, 입력 신호가 소스에, 출력 신호가 드레인에 걸리는 회로입니다. 이 회로는 주로 넓은 대역폭에서 동작하며, 전류 이득이 큰 것이 특징입니다. 입력 신호는 소스 단자에 인가되며, 드레인에서 출력 신호가 나타납니다. 게이트는 고정되어 있어, 입력 신호는 소스에서 드레인으로 흐르는 전류를 제어하게 됩니다. 입력 임피던스는 매우 낮고, 출력 임피던스는 상대적으로 높습니다. 전압 이득은 대략적으로 g_m * R_D로 나타낼 수 있으며, 공통 게이트 증폭기는 전류 이득이 크고, 전압 이득도 적당히 큰 증폭기로, 고속 신호 처리에 자주 사용됩니다.
2. 공통 게이트 증폭기의 특성

공통 게이트 증폭기는 위상 반전이 일어나지 않는다는 특징이 있습니다. 즉, 입력과 출력의 위상이 동일하게 유지됩니다. 이 회로는 주로 넓은 대역폭에서 동작하는 신호 증폭 회로로 사용되며, 낮은 입력 임피던스와 높은 출력 임피던스를 요구하는 시스템에 적합합니다. 따라서 공통 게이트 증폭기는 넓은 주파수 대역에서 안정적으로 동작하며, 전류 이득이 크고, 위상 반전이 없는 증폭기로서 매우 유용합니다.
3. 공통 게이트 증폭기의 실험 절차

실험 절차에는 다음과 같은 내용이 포함됩니다. 1) 실험회로 1에서 V_DD, v_sig, V_GG, V_SS 값을 설정하고, R_D 값을 결정하여 v_o의 DC 값이 6V가 되도록 합니다. 이때 MOSFET의 각 단자 전압과 전류를 구하고, MOSFET이 포화 영역에서 동작하는지 확인합니다. 2) v_sig 값과 V_SS 전압을 변화시키면서 v_o의 DC 전압을 측정하고, 입력-출력 전달 특성 곡선을 그립니다. 3) 포화 영역에서 회로가 동작하는 경우 MOSFET의 트랜스컨덕턴스 g_m과 출력 저항 r_o를 구하고, 소신호 등가회로를 그려 전압 이득을 계산합니다. 4) 10kHz의 0.01Vp_p 정현파 입력 전압을 인가하고, 입력-출력 전압의 크기를 측정하여 전압 이득을 구합니다. 5) 입력 저항과 출력 저항을 직접 측정합니다.
4. 공통 게이트 증폭기의 PSpice 시뮬레이션

PSpice 시뮬레이션을 통해 공통 게이트 증폭기 회로의 특성을 분석합니다. 1) 실험회로 1의 전압 이득, 입력 임피던스, 출력 임피던스를 계산으로 구하고 PSpice 모의실험을 통해서도 구합니다. 2) 실험회로 1의 공통 게이트 증폭기 회로의 입력-출력 전달 특성 곡선을 PSpice를 이용해서 그립니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 공통 게이트 증폭기

공통 게이트 증폭기는 전자 회로에서 중요한 역할을 하는 증폭기 회로입니다. 이 증폭기는 입력 신호를 증폭하여 출력 신호를 생성하는데, 이때 입력 신호와 출력 신호 사이의 위상 차이가 180도가 됩니다. 이러한 특성으로 인해 공통 게이트 증폭기는 주로 고주파 증폭기, 전력 증폭기, 스위칭 회로 등에 사용됩니다. 공통 게이트 증폭기의 주요 특성으로는 높은 입력 저항, 낮은 출력 저항, 높은 전류 이득 등이 있습니다. 이러한 특성들은 회로 설계 시 중요한 고려 사항이 됩니다.
2. 공통 게이트 증폭기의 특성

공통 게이트 증폭기의 주요 특성은 다음과 같습니다. 첫째, 높은 입력 저항을 가지고 있어 입력 신호에 대한 부하 효과가 작습니다. 이는 증폭기의 입력 임피던스가 높기 때문입니다. 둘째, 낮은 출력 저항을 가지고 있어 출력 신호에 대한 부하 효과가 작습니다. 이는 증폭기의 출력 임피던스가 낮기 때문입니다. 셋째, 높은 전류 이득을 가지고 있어 입력 전류에 비해 출력 전류가 크게 증폭됩니다. 이러한 특성들로 인해 공통 게이트 증폭기는 고주파 증폭, 전력 증폭, 스위칭 회로 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
3. 공통 게이트 증폭기의 실험 절차

공통 게이트 증폭기의 실험 절차는 다음과 같습니다. 첫째, 회로 구성 요소들을 적절히 배치하고 연결합니다. 이때 전원 공급 장치, 신호 발생기, 오실로스코프 등의 측정 장비를 연결해야 합니다. 둘째, 전원을 인가하고 신호 발생기를 통해 입력 신호를 인가합니다. 셋째, 오실로스코프를 통해 입력 신호와 출력 신호를 관찰하고 측정합니다. 이때 입력 신호와 출력 신호의 크기, 위상 차이 등을 확인합니다. 넷째, 부하 변화에 따른 증폭기의 동작 특성을 확인합니다. 다섯째, 실험 결과를 분석하고 공통 게이트 증폭기의 특성을 이해합니다. 이러한 실험 절차를 통해 공통 게이트 증폭기의 동작 원리와 특성을 심도 있게 이해할 수 있습니다.
4. 공통 게이트 증폭기의 PSpice 시뮬레이션

공통 게이트 증폭기의 PSpice 시뮬레이션은 실제 회로 구현 전에 증폭기의 동작 특성을 확인할 수 있는 유용한 방법입니다. PSpice 시뮬레이션을 통해 다음과 같은 사항을 확인할 수 있습니다. 첫째, 입력 신호와 출력 신호의 크기, 위상 차이 등 기본적인 증폭기 특성을 확인할 수 있습니다. 둘째, 부하 변화에 따른 증폭기의 동작 특성을 확인할 수 있습니다. 셋째, 바이어스 전압 및 부품 값 변화에 따른 증폭기의 성능 변화를 확인할 수 있습니다. 넷째, 고주파 동작 시 발생할 수 있는 불안정성 등을 확인할 수 있습니다. 이러한 PSpice 시뮬레이션 결과를 바탕으로 실제 회로 설계 시 문제점을 사전에 파악하고 최적의 설계 조건을 도출할 수 있습니다.