A+ 2022 중앙대학교 전자회로설계실습 예비보고서 7 Common Emitter Amplifier의 주파수 특성

문서 내 토픽

• 1. Common Emitter Amplifier의 주파수 특성

  이전 실험의 2차 설계 결과 회로(Ri 추가)에 대하여 모든 커패시터의 용량을 10 uF으로 하고 CE 증폭기에 100 kHz, 20 mVpp 사인파를 입력하였을 때의 출력파형을 PSPICE로 Simulation하여 제출하였습니다. 출력전압의 최댓값(V_max), 최솟값(|V_min|)은 각각 159.256 [mV], 167.574 [mV]이며, V_max/|V_min| 비율은 95.036%입니다. 입력신호의 주파수가 10 Hz에서 10 MHz까지 변할 때 CE amplifier의 주파수특성을 PSPICE로 simulation 하여 그래프로 그렸습니다. 또한 입력신호의 주파수가 10 Hz에서 Unit gain frequency까지 변할 때 CE amplifier의 주파수특성을 PSPICE로 simulation하여 그래프로 그렸으며, overall gain의 최댓값은 16.388 [V/V], 3 dB frequency는 f_H = 15.753 [MHz], f_L = 646.861 [Hz], 3 dB bandwidth는 15.783 [MHz], unity gain frequency는 249.113 [MHz]입니다.

• 2. RE와 커패시터의 영향

  RE를 +10%, -10%로 변경하고 20 mVpp 사인파를 입력하였을 때 10 Hz에서 Unit gain frequency까지의 주파수 응답특성을 확인하였습니다. RE가 10% 증가하면 f_H가 증가하고 f_L가 감소하여 3 dB bandwidth가 넓어지며, overall gain의 최댓값이 작아집니다. RE가 10% 감소하면 f_H가 감소하고 f_L가 증가하여 3 dB bandwidth가 좁아지며, overall gain의 최댓값이 커집니다. 이는 RE 변화에 따른 i_E 변화로 인한 것입니다. CE만 0.1 μF으로 변경하면 f_L이 더 큰 주파수 값을 가지며, 두 개의 CS만 0.1 μF으로 변경하면 3 dB frequency가 더 큰 주파수 값을 가집니다. 이는 커패시터 값이 충분히 크지 않아 주파수가 더 커져야 커패시터가 open에서 short로 변하기 때문입니다.

• 3. 주파수 응답 특성 분석

  2차 설계 회로, RE 10% 증가, RE 10% 감소, CE 0.1 μF, CS 0.1 μF 등의 경우에 대해 overall gain의 최댓값, 3 dB bandwidth, unity gain frequency 등의 주파수 응답 특성을 분석하였습니다. 이를 통해 RE와 커패시터 값 변화에 따른 주파수 특성의 변화를 확인할 수 있었습니다.

• 4. Function Generator 출력 전압 설정

  100 kHz, 20 mVpp 사인파를 이 증폭기에 인가하려면 function generator의 출력전압(Vpp)을 10 mVpp로 설정해야 합니다. Function generator의 내부에서는 화면에 표시되는 전압의 두 배의 전압이 발생되고 있으므로, 10 mVpp로 설정하면 실제 20 mVpp의 신호가 증폭기에 인가됩니다.

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• 1. Common Emitter Amplifier의 주파수 특성

  Common Emitter Amplifier의 주파수 특성은 매우 중요한 요소입니다. 이 증폭기는 낮은 주파수에서 높은 이득을 가지지만, 높은 주파수에서는 이득이 감소하는 특성을 보입니다. 이는 트랜지스터의 기생 커패시턴스와 관련이 있으며, 이를 고려하여 설계해야 합니다. 또한 바이어스 회로와 부하 저항 등 다른 요소들도 주파수 특성에 영향을 미칩니다. 따라서 Common Emitter Amplifier의 주파수 특성을 정확히 분석하고 이해하는 것이 중요합니다.

• 2. RE와 커패시터의 영향

  RE와 커패시터는 Common Emitter Amplifier의 주파수 특성에 중요한 영향을 미칩니다. RE는 낮은 주파수에서 높은 이득을 제공하지만, 높은 주파수에서는 이득이 감소합니다. 반면 커패시터는 낮은 주파수에서 이득을 감소시키지만, 높은 주파수에서는 이득을 유지합니다. 따라서 RE와 커패시터의 값을 적절히 선택하여 원하는 주파수 특성을 얻을 수 있습니다. 이를 통해 증폭기의 대역폭과 주파수 응답을 최적화할 수 있습니다.

• 3. 주파수 응답 특성 분석

  주파수 응답 특성 분석은 증폭기의 성능을 평가하는 데 매우 중요합니다. 이를 통해 증폭기의 대역폭, 이득, 위상 특성 등을 파악할 수 있습니다. 주파수 응답 특성 분석을 위해서는 주파수 스윕 신호를 입력하고 출력 신호를 측정하는 것이 일반적입니다. 이때 입력 신호의 진폭과 주파수 범위, 측정 장비의 정확도 등이 중요한 요소가 됩니다. 또한 측정 결과를 분석하여 증폭기의 특성을 정확히 이해하고 설계 개선에 활용할 수 있어야 합니다.

• 4. Function Generator 출력 전압 설정

  Function Generator는 다양한 파형을 생성할 수 있는 중요한 계측 장비입니다. 출력 전압 설정은 Function Generator 사용에 있어 매우 중요한 요소입니다. 출력 전압을 적절히 설정하지 않으면 회로에 과도한 전압이 인가되어 손상될 수 있습니다. 또한 출력 전압이 너무 낮으면 측정 신호가 작아져 정확한 분석이 어려워질 수 있습니다. 따라서 회로의 특성과 측정 목적에 맞추어 Function Generator의 출력 전압을 적절히 설정하는 것이 중요합니다. 이를 통해 안전하고 정확한 측정 결과를 얻을 수 있습니다.