Two Stage Amplifier 설계 및 실험

본 내용은 " [전자회로실험2]보고서7주차- Two Stage Amplifier " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.12.27

문서 내 토픽

• 1. Two Stage Amplifier 구조

  Two Stage Amplifier는 Common Source Amplifier와 Source Follower Amplifier를 결합한 회로이다. CS Amplifier는 신호를 원하는 값만큼 증폭시키고, SF Amplifier는 Load effect를 최소화하여 신호를 전달한다. 임피던스 매칭이 중요하며, CS Amplifier의 출력 임피던스가 SF Amplifier의 입력 임피던스보다 10배 이상 작아야 Load effect를 무시할 수 있다.

• 2. Common Source Amplifier 특성

  CS Amplifier는 입력 신호를 증폭하는 역할을 한다. 출력 임피던스는 R_8과 같으며, 실험에서 R_o = 3kΩ로 측정되었다. 전압이득(A_V1)은 실험에서 38.57, 시뮬레이션에서 8.34로 나타났다. R_7에 커패시터를 연결하여 전압손실을 최소화한다.

• 3. Source Follower Amplifier 특성

  SF Amplifier는 Load effect를 최소화하여 신호를 전달하는 역할을 한다. 입력 임피던스는 R_10과 R_11의 병렬값인 68.75kΩ이다. 전압이득(A_V2)은 실험에서 0.96, 시뮬레이션에서 0.94로 측�정되었다. 높은 입력 임피던스로 인해 이전 단계의 신호를 온전하게 전달한다.

• 4. 임피던스 매칭 및 노이즈 제거

  CS Amplifier의 R_S 부분에 저항과 커패시터를 연결하면 AC 회로에서 Source단의 저항을 낮춘다. 커패시터의 임피던스가 주파수와 커패시턴스에 반비례하므로, 고주파 노이즈를 제거하고 신호를 분산시켜 증폭기가 안정적으로 동작하도록 한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. Two Stage Amplifier 구조

  Two stage amplifier는 전자회로 설계에서 매우 중요한 구조입니다. 첫 번째 단계에서 신호를 증폭하고 두 번째 단계에서 추가 증폭을 수행함으로써 높은 전체 이득을 얻을 수 있습니다. 이 구조의 장점은 각 단계를 독립적으로 최적화할 수 있다는 점입니다. 예를 들어, 첫 번째 단계는 낮은 노이즈 특성에 중점을 두고, 두 번째 단계는 출력 임피던스 제어에 중점을 둘 수 있습니다. 다만 단계가 증가할수록 회로의 복잡도와 전력 소비가 증가하며, 안정성 문제도 고려해야 합니다. 적절한 바이어싱과 피드백 설계가 필수적입니다.

• 2. Common Source Amplifier 특성

  Common source amplifier는 FET 기반 증폭기 중 가장 기본적이고 널리 사용되는 구조입니다. 높은 입력 임피던스와 우수한 전압 이득이 주요 특징입니다. 이는 신호 소스에 최소한의 부하를 주므로 고임피던스 신호원 처리에 이상적입니다. 또한 낮은 노이즈 특성으로 인해 저신호 증폭 응용에 적합합니다. 그러나 출력 임피던스가 높고 대역폭이 제한될 수 있다는 단점이 있습니다. 부하 저항의 선택이 이득과 대역폭에 직접적인 영향을 미치므로 신중한 설계가 필요합니다.

• 3. Source Follower Amplifier 특성

  Source follower amplifier는 common drain 구성으로도 알려져 있으며, 임피던스 변환 및 버퍼링 응용에 매우 유용합니다. 주요 특징은 낮은 출력 임피던스와 높은 입력 임피던스로, 신호 소스와 부하 사이의 임피던스 매칭에 탁월합니다. 전압 이득은 1보다 작지만 매우 선형적이고 안정적입니다. 또한 넓은 대역폭과 우수한 선형성을 제공합니다. 다만 전압 이득이 1에 가까우므로 신호 증폭이 필요한 경우에는 추가 단계가 필요합니다. 저노이즈 버퍼 응용에 이상적입니다.

• 4. 임피던스 매칭 및 노이즈 제거

  임피던스 매칭은 신호 전달 효율을 최대화하고 반사 손실을 최소화하는 핵심 기술입니다. 신호 소스의 임피던스와 부하 임피던스가 일치할 때 최대 전력 전달이 이루어집니다. 노이즈 제거는 신호 품질 향상의 필수 요소로, 적절한 회로 설계와 부품 선택을 통해 달성됩니다. 저항 선택, 바이어싱 회로 설계, 그리고 적절한 필터링이 노이즈 감소에 중요합니다. 또한 접지 평면 설계와 신호 경로 최소화도 중요합니다. 임피던스 매칭과 노이즈 제거를 동시에 고려하면 고성능 아날로그 회로를 구현할 수 있습니다.