중앙대 전자회로 설계 실습 결과보고서11_Push-Pull Amplifier 설계

문서 내 토픽

• 1. Classic Push-Pull Amplifier 특성

  결과보고서 11. Push-Pull Amplifier 설계에서 Classic Push-Pull Amplifier 회로를 구성하고 실험한 결과, 입력전압이 특정 전압보다 작으면 두 BJT가 모두 꺼져 출력전압이 0이 되는 Dead zone이 발생하여 출력파형에 Crossover distortion이 나타남을 확인하였다.

• 2. Feedback loop와 OP-amp를 이용한 Push-Pull Amplifier 특성

  Feedback loop와 OP-amp를 이용한 Push-Pull Amplifier 회로에서는 Dead zone이 사라져 Crossover distortion이 발생하지 않음을 확인하였다. Negative Feedback을 사용하여 Dead zone이 1 + Aβ 배만큼 감소하여 이상적으로는 Dead zone이 0이 되어야 한다. 실험에서는 Dead zone이 완전히 사라진 것을 확인할 수 있었다.

• 3. Push-Pull Amplifier Power dissipation

  Classic Push-Pull Amplifier와 Feedback loop/OP-amp Push-Pull Amplifier 회로에서 입력전압, 출력전압, 전원전압, 부하저항 값을 이용하여 전력 손실을 계산하고 이론값과 비교한 결과, 1% 미만의 오차로 실험이 잘 진행되었음을 확인하였다.

• 4. Push-Pull Amplifier 동작 원리

  Push-Pull 증폭기는 NPN BJT와 PNP BJT로 구성되어 있어, 입력전압이 높은 경우 NPN BJT를 통해 전류를 부하저항에 밀어주고 입력전압이 낮은 경우 PNP BJT를 통해 전류를 부하저항에서 당겨온다. 이를 통해 Dead zone과 Crossover distortion을 해결할 수 있다.

• 5. Dead zone 및 Crossover distortion 제거 방법

  Classic Push-Pull Amplifier에서 발생하는 Dead zone과 Crossover distortion은 Feedback loop와 OP-amp를 이용한 Push-Pull Amplifier 회로에서 피드백의 양만큼 감소하여 제거될 수 있음을 확인하였다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. Classic Push-Pull Amplifier 특성

  Classic Push-Pull Amplifier는 두 개의 증폭기 소자(예: 트랜지스터)를 병렬로 연결하여 입력 신호의 양의 반주기와 음의 반주기를 각각 증폭하는 구조를 가지고 있습니다. 이를 통해 높은 출력 전력과 효율적인 전력 증폭이 가능합니다. 또한 두 소자의 상보적 동작으로 인해 낮은 왜곡 특성을 나타냅니다. 하지만 두 소자의 정확한 균형이 필요하며, 바이어스 전압 설정이 중요합니다. 또한 Dead zone 및 Crossover distortion과 같은 비선형 왜곡이 발생할 수 있어 이를 해결하기 위한 추가적인 회로가 필요합니다.

• 2. Feedback loop와 OP-amp를 이용한 Push-Pull Amplifier 특성

  Feedback loop와 OP-amp를 이용한 Push-Pull Amplifier는 클래식 Push-Pull Amplifier의 단점을 보완할 수 있습니다. Feedback loop를 통해 출력 신호를 입력 신호와 비교하여 오차를 줄일 수 있으며, OP-amp의 높은 이득과 낮은 출력 임피던스로 인해 보다 선형적이고 안정적인 동작이 가능합니다. 또한 OP-amp의 차동 입력 구조를 활용하여 입력 신호의 공통 모드 잡음을 제거할 수 있습니다. 이를 통해 낮은 왜곡, 높은 선형성, 우수한 주파수 특성 등의 장점을 얻을 수 있습니다. 다만 Feedback loop 설계와 OP-amp 선택에 주의가 필요하며, 전력 증폭을 위한 추가적인 출력 단이 필요할 수 있습니다.

• 3. Push-Pull Amplifier Power dissipation

  Push-Pull Amplifier의 전력 소모는 주로 출력 단 트랜지스터에서 발생합니다. 두 트랜지스터가 번갈아 동작하면서 한 트랜지스터는 포화 상태, 다른 트랜지스터는 차단 상태가 되어 전력 소모가 발생합니다. 이를 최소화하기 위해서는 트랜지스터의 적절한 바이어스 설정, 낮은 Vce(sat) 특성, 효율적인 열 방출 설계 등이 필요합니다. 또한 Class AB 동작을 통해 전력 효율을 높일 수 있습니다. 전력 소모를 줄이기 위해서는 트랜지스터 선택, 바이어스 회로, 열 설계 등 다양한 요소를 고려해야 합니다.

• 4. Push-Pull Amplifier 동작 원리

  Push-Pull Amplifier의 동작 원리는 다음과 같습니다. 입력 신호가 들어오면 두 개의 출력 트랜지스터가 번갈아 동작하여 양의 반주기와 음의 반주기를 각각 증폭합니다. 한 트랜지스터가 포화 상태일 때 다른 트랜지스터는 차단 상태가 되어 전류가 흐르지 않습니다. 이를 통해 높은 효율과 낮은 왜곡 특성을 얻을 수 있습니다. 하지만 두 트랜지스터 사이의 Dead zone으로 인해 Crossover distortion이 발생할 수 있으며, 이를 해결하기 위한 추가적인 회로가 필요합니다. 또한 바이어스 설정, 열 관리, 부품 선택 등 다양한 설계 요소를 고려해야 합니다.

• 5. Dead zone 및 Crossover distortion 제거 방법

  Push-Pull Amplifier에서 발생하는 Dead zone 및 Crossover distortion을 제거하기 위한 방법은 다음과 같습니다. 첫째, 출력 트랜지스터의 바이어스 전압을 적절히 조절하여 Dead zone을 최소화할 수 있습니다. 둘째, 보조 트랜지스터를 추가하여 Dead zone 구간에서 전류가 흐르도록 하는 방법이 있습니다. 셋째, Feedback loop를 활용하여 출력 신호를 입력 신호와 비교하고 오차를 줄이는 방법이 있습니다. 넷째, 능동 부하 회로를 사용하여 Dead zone 구간의 전류를 보상할 수 있습니다. 이와 같은 다양한 방법을 통해 Push-Pull Amplifier의 비선형 왜곡을 효과적으로 제거할 수 있습니다.