Common Emitter Amplifier 설계 예비보고서

문서 내 토픽

1. Common Emitter Amplifier 설계

Emitter 저항을 삽입한 Common Emitter Amplifier 설계에서 Early effect를 무시하고 부하저항에 최대전력이 전달되도록 설계한다. BJT의 β=100, 공급전압 12V, 부하저항 5kΩ 조건에서 증폭기 이득이 -100V/V가 되도록 설계하는 과정을 다룬다. 이론부의 overall voltage gain 식으로부터 출발하여 각 저항값을 단계적으로 결정한다.
2. BJT 바이어스 설계 및 Rule of Thumb

Collector 바이어스 전압 설계에서 Rule of Thumb in Design을 적용하여 BJT가 active 영역에서 동작하도록 한다. Collector와 emitter 사이의 전압이 emitter 전압과 같은 값을 갖도록 설계하여 안정적인 동작을 보장한다. Base 저항 설계에서 base에 흐르는 전류가 collector 전류의 1/10이 되도록 설정한다.
3. PSPICE 시뮬레이션 및 비선형 왜곡 분석

100kHz, 20mVpp 사인파 입력에 대해 PSPICE로 시뮬레이션을 수행하여 출력파형을 분석한다. 출력의 최댓값과 최솟값의 비율이 약 77%로 나타나는데, 이는 출력이 입력에 완전히 비례하지 않는 비선형 특성 때문이다. 입력신호 크기를 줄이기 위해 접지와 입력 단자 사이에 50Ω보다 작은 저항을 연결하여 2차 설계를 수행한다.
4. 증폭기 측정 및 특성 분석

Function generator의 출력전압 설정, 오실로스코프의 수평축 및 수직축 설정 방법을 다룬다. 입력신호 20mVpp에 대해 출력파형 약 2.2Vpp를 관측하며, 부하저항을 ±10% 변경할 때 overall voltage gain의 변화를 수식으로 분석한다. 선형 증폭기 조건에서의 입력 및 출력 신호 동시 관측 방법을 설명한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. Common Emitter Amplifier 설계

Common Emitter 증폭기는 전자공학에서 가장 기본적이면서도 중요한 회로 구성입니다. 이 구조는 입력 신호에 대해 높은 전압 이득과 전류 이득을 제공하며, 위상 반전 특성을 가집니다. 설계 시 안정성과 성능의 균형을 맞추는 것이 중요한데, 특히 바이어스 포인트 선정, 임피던스 매칭, 그리고 주파수 응답 특성을 고려해야 합니다. 실무에서는 온도 변화와 소자 편차에 대한 견고성을 확보하기 위해 피드백 저항을 활용한 안정화 기법이 필수적입니다. 이론과 실제 구현 사이의 간격을 줄이기 위해 시뮬레이션과 실험을 병행하는 것이 효과적입니다.
2. BJT 바이어스 설계 및 Rule of Thumb

BJT 바이어스 설계는 증폭기 성능을 결정하는 핵심 요소입니다. Rule of Thumb는 복잡한 계산을 단순화하여 빠른 설계를 가능하게 하는 실용적인 지침입니다. 예를 들어, 컬렉터 전류를 전원 전압의 10% 정도로 설정하거나, 베이스 저항을 적절히 선택하는 방법들이 있습니다. 이러한 경험칙들은 수십 년의 실무 경험에서 나온 것으로, 대부분의 경우 만족할 만한 결과를 제공합니다. 다만 특수한 응용 분야에서는 정확한 계산이 필요하며, Rule of Thumb는 초기 설계의 출발점으로 활용하는 것이 가장 효율적입니다.
3. PSPICE 시뮬레이션 및 비선형 왜곡 분석

PSPICE 시뮬레이션은 현대 전자회로 설계에서 필수적인 도구입니다. 비선형 왜곡 분석을 통해 실제 소자의 비이상적 특성을 정확하게 모델링할 수 있습니다. 특히 고주파 응용이나 고전력 증폭기 설계에서는 시뮬레이션 결과가 실제 성능을 예측하는 데 매우 중요합니다. 다양한 신호 크기와 주파수에 대한 THD(Total Harmonic Distortion) 분석을 수행하면 설계 여유도를 평가할 수 있습니다. 다만 시뮬레이션 모델의 정확도는 사용된 소자 모델에 크게 의존하므로, 신뢰할 수 있는 제조사 모델을 사용하는 것이 중요합니다.
4. 증폭기 측정 및 특성 분석

증폭기의 실제 특성 측정은 설계 검증의 마지막 단계로서 매우 중요합니다. 이득, 입출력 임피던스, 주파수 응답, 노이즈 지수, 그리고 비선형 왜곡 등 다양한 파라미터를 측정해야 합니다. 정확한 측정을 위해서는 적절한 계측기와 측정 기법이 필수적이며, 특히 고주파 대역에서는 임피던스 매칭과 신호 경로 관리가 중요합니다. 측정 결과와 시뮬레이션 결과의 비교를 통해 모델의 정확도를 평가하고 설계를 개선할 수 있습니다. 실무에서는 반복적인 측정과 개선 과정을 통해 최종 성능 목표를 달성합니다.

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