전자공학실험 6장 공통 이미터 증폭기 A+ 결과보고서

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문서 내 토픽

• 1. 공통 이미터 증폭기

  공통이미터 증폭기는 베이스가 입력 단자, 컬렉터가 출력 단자, 이미터가 공통 단자인 증폭기이고, 높은 전압 이득을 얻을 수 있다는 장점이 있어 널리 사용되고 있다. 이 실험에서는 공통 이미터 증폭기의 입력-출력 특성 곡선을 구하고, 소신호 등가회로의 개념을 적용하여 전압 이득을 구하고, 이를 실험에서 확인하고자 한다.

• 2. BJT 동작 영역

  실험회로 1에서 VBB가 0~0.5V일 때는 출력전압 VO가 거의 바뀌지 않고 VBB또한 VBE>0.7의 조건을 만족하지 않아 cut-off(차단영역)임을 알 수 있다. VBB가 1~2.5V일 때는 출력전압 그래프가 linear한 기울기를 가지고 출력전압이 변화하는 것으로 보아 능동 영역(active)임을 알 수 있다. 그리고 VBB가 3V 이상일 때는 VO의 변화가 거의 없고 수렴하는 모습을 보이므로 포화 영역(saturation)임을 알 수 있다.

• 3. 소신호 등가회로

  능동 영역에서 회로가 동작하는 경우 BJT의 트랜스컨덕턴스 gm, 입력 저항 rπ, 이미터 저항 re, 전류 증폭도 β를 구하여 소신호 등가회로를 그리고, 실험회로 1의 공통 이미터 증폭기의 이론적인 전압 이득을 구할 수 있다.

• 4. 커패시터의 역할

  [그림 6-9]에서 입력 쪽과 출력 쪽의 커패시터는 교류 신호를 잘 흘려주는 역할을 한다. 주파수가 높아지면 커패시터의 저항값이 작아지므로, 커패시터는 출력 쪽의 전압을 키워 전압 이득을 키워주는 역할을 한다.

• 5. 실험 결과와 시뮬레이션 결과의 차이

  실험회로 1에서는 예비보고사항에서보다 작은 전압 이득이 나왔고, 실험회로 2에서는 예비 보고사항에서보다 큰 전압 이득이 나오게 되었다. 이러한 차이는 예비 보고 사항에서는 VBB를 4V로 설정하였지만 이번 실험에서는 1.5V로 설정하였고, 저항 소자의 값들이 다르기 때문에 발생하였다고 생각한다. 그리고 실제 실험에서는 회로가 이론처럼 무손실 회로가 아니기 때문에, 이 값들을 시뮬레이션 하게 된다면 실험에서보다 큰 전압 이득이 나올 것임을 예상할 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 공통 이미터 증폭기

  공통 이미터 증폭기는 BJT(Bipolar Junction Transistor)를 이용한 기본적인 증폭 회로 중 하나입니다. 이 회로는 입력 신호를 증폭하여 출력으로 전달하는 역할을 합니다. 공통 이미터 증폭기는 간단한 구조와 안정적인 동작 특성으로 인해 널리 사용되며, 특히 저주파 신호 증폭에 적합합니다. 이 회로의 주요 특징은 전압 이득이 크고, 입력 임피던스가 높으며, 출력 임피던스가 낮다는 것입니다. 이를 통해 부하에 대한 영향을 최소화할 수 있습니다. 또한 부궤환 회로를 통해 이득과 주파수 특성을 조절할 수 있어 다양한 응용 분야에 활용될 수 있습니다.

• 2. BJT 동작 영역

  BJT(Bipolar Junction Transistor)는 크게 세 가지 동작 영역을 가집니다. 이는 컷오프 영역, 능동 영역, 포화 영역입니다. 컷오프 영역에서는 트랜지스터가 거의 동작하지 않아 전류가 흐르지 않습니다. 능동 영역에서는 트랜지스터가 증폭기로 동작하며, 베이스 전류와 콜렉터 전류 사이에 선형적인 관계가 성립합니다. 포화 영역에서는 트랜지스터가 스위치로 동작하며, 콜렉터-이미터 간 전압이 매우 작아집니다. 이러한 동작 영역에 따라 BJT는 증폭, 스위칭, 전력 제어 등 다양한 응용 분야에 활용될 수 있습니다. 따라서 BJT의 동작 영역을 정확히 이해하는 것은 회로 설계 및 분석에 매우 중요합니다.

• 3. 소신호 등가회로

  소신호 등가회로는 전자 회로 분석에서 매우 중요한 개념입니다. 이는 복잡한 회로를 단순화하여 분석할 수 있게 해줍니다. 소신호 등가회로는 회로 내 능동 소자(예: 트랜지스터)의 동작을 선형화하여 표현합니다. 이를 통해 회로의 작은 신호 변화에 대한 응답을 쉽게 분석할 수 있습니다. 소신호 등가회로에는 전압 원, 전류 원, 저항, 커패시터 등의 요소가 포함됩니다. 이러한 등가 요소들의 값은 능동 소자의 바이어스 조건에 따라 달라집니다. 소신호 등가회로 분석은 증폭기, 발진기, 필터 등 다양한 전자 회로 설계에 활용됩니다. 따라서 소신호 등가회로에 대한 이해는 회로 이론 및 설계 능력 향상에 필수적입니다.

• 4. 커패시터의 역할

  커패시터는 전자 회로에서 매우 중요한 수동 소자입니다. 커패시터의 주요 역할은 다음과 같습니다. 첫째, 커패시터는 교류 신호를 통과시키고 직류 신호를 차단하는 역할을 합니다. 이를 통해 회로의 바이어스 전압을 분리하거나 필터링할 수 있습니다. 둘째, 커패시터는 에너지를 저장하고 방출하는 역할을 합니다. 이를 통해 회로의 동적 특성을 조절할 수 있습니다. 셋째, 커패시터는 회로의 임피던스를 조절하여 신호 전달 특성을 개선할 수 있습니다. 넷째, 커패시터는 회로의 안정성을 높이고 노이즈를 억제하는 데 사용됩니다. 이처럼 커패시터는 전자 회로에서 다양한 기능을 수행하며, 회로 설계 및 분석에 필수적인 소자입니다.

• 5. 실험 결과와 시뮬레이션 결과의 차이

  실험 결과와 시뮬레이션 결과 사이에는 차이가 발생할 수 있습니다. 이는 다음과 같은 요인들로 인한 것입니다. 첫째, 실제 회로 구현 시 발생하는 기생 성분(저항, 커패시터, 인덕터)이 시뮬레이션에서 고려되지 않을 수 있습니다. 둘째, 부품 공차로 인해 실제 부품 값이 시뮬레이션에서 사용된 값과 다를 수 있습니다. 셋째, 시뮬레이션에서는 이상적인 모델을 사용하지만, 실제 부품은 비선형성, 온도 의존성 등의 특성을 가지고 있습니다. 넷째, 실험 환경의 노이즈, 간섭 등이 시뮬레이션에서 고려되지 않을 수 있습니다. 이러한 차이를 최소화하기 위해서는 시뮬레이션 모델을 실제 부품 특성에 맞게 조정하고, 실험 환경을 최대한 이상적으로 구현하는 것이 중요합니다. 또한 실험 결과와 시뮬레이션 결과를 비교하여 차이를 분석하고 이를 토대로 회로를 개선해 나가는 과정이 필요합니다.