전류원 및 전류 미러 회로 실험

문서 내 토픽

1. 전류원 회로

회로이론에서 부하에 무관하게 일정한 전류를 공급하는 전류원을 사용한다. JFET 전류원에서는 충분한 전압 VDD가 공급될 때 VGS=0V이므로 부하저항 RL의 값에 관계없이 일정한 전류 IDSS가 흐른다. BJT 전류원 회로에서는 에미터 저항 RE가 베이스 저항들에 비해 B배 크므로 RE의 영향을 무시할 수 있어 VB가 일정한 전압이 된다. 에미터 전압과 전류는 VE=VB-0.7V, IE=(VE-(-10))/RE≈IL로 표현된다.
2. 전류 미러 회로

전류 미러 회로는 저항 Rx를 흐르는 전류가 부하 RL에 똑같이 흐르는 회로이다. 트랜지스터 Q1의 콜렉터와 베이스가 함께 묶여 있으므로 에미터와 베이스는 PN 다이오드로 동작한다. Rx의 전류는 Ix=(VCC-VBE1)/Rx=(VCC-0.7)/Rx로 정리되며, Q1=Q2일 때 Ix=IL로 표현된다.
3. JFET 전류원 특성

JFET 전류원의 시뮬레이션 결과에서 RL이 20Ω, 100Ω, 150Ω일 때 VDS는 모두 10V로 일정하고, IDS는 각각 0.5A, 0.1A, 0.067A로 측정되었다. 이는 부하저항의 변화에도 불구하고 드레인-소스 전압이 일정하게 유지되는 전류원의 특성을 보여준다.
4. BJT 전류 미러 회로 측정

BJT 전류 미러 회로의 측정 결과에서 RL이 3.6k, 10k일 때 VRx는 각각 9.245V, 9.258V이고, VRL은 9.801V, 9.813V로 측정되었다. Ix는 0.998mA, 0.997mA이고 IRL은 0.978mA, 0.971mA로 나타나 미러 회로의 전류 복제 특성을 확인할 수 있다.

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1. 전류원 회로

전류원 회로는 아날로그 회로 설계에서 매우 중요한 기본 구성 요소입니다. 이상적인 전류원은 부하 임피던스와 무관하게 일정한 전류를 공급하는 특성을 가지며, 이는 증폭기, 바이어스 회로, 그리고 적분기 등 다양한 응용에서 활용됩니다. 실제 구현에서는 능동 소자와 수동 소자의 조합으로 근사적인 전류원을 만들게 되며, 출력 임피던스가 높을수록 이상적인 전류원에 가까워집니다. 특히 집적회로 설계에서 전류원은 전력 소비를 최소화하면서도 안정적인 바이어스를 제공하므로 필수적입니다.
2. 전류 미러 회로

전류 미러 회로는 한 경로의 전류를 다른 경로에 복제하는 회로로, 아날로그 집적회로 설계의 핵심 기술입니다. 기본적인 구조는 간단하지만 정확한 전류 복제를 위해서는 소자의 특성 일치, 온도 변화, 그리고 채널 길이 변조 효과 등을 고려해야 합니다. 전류 미러는 전류 소스 생성, 능동 부하, 그리고 전류 합산 등 다양한 용도로 사용되며, 고급 설계에서는 카스코드 구조나 와이드스윙 미러 등으로 성능을 개선할 수 있습니다.
3. JFET 전류원 특성

JFET 전류원은 게이트-소스 접합의 차단 특성을 이용하여 간단하게 구현할 수 있는 전류원입니다. JFET의 포화 영역에서 드레인 전류는 게이트-소스 전압에 의해 결정되며, 드레인-소스 전압 변화에 대해 상대적으로 일정한 전류를 유지합니다. 그러나 JFET 전류원은 온도 계수가 크고 소자 간 특성 편차가 크다는 단점이 있습니다. 또한 출력 임피던스가 BJT나 MOSFET 기반 전류원보다 낮을 수 있어, 고정밀 응용에서는 보상 회로가 필요할 수 있습니다.
4. BJT 전류 미러 회로 측정

BJT 전류 미러 회로의 측정은 회로의 성능을 평가하는 중요한 과정입니다. 측정 시 입력 전류와 출력 전류의 비율(미러 비), 출력 임피던스, 그리고 주파수 특성을 확인해야 합니다. 실제 측정에서는 베이스 전류 누설, 얼리 효과, 그리고 온도 변화의 영향을 고려해야 하며, 정확한 측정을 위해 고임피던스 계측기와 적절한 측정 환경이 필요합니다. 또한 부하 변화에 따른 전류 변화율을 측정하여 출력 임피던스를 계산하고, 이를 통해 회로 설계의 타당성을 검증할 수 있습니다.

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