단일 Current Mirror 설계* 모든 계산결과는 반올림하여 유효숫자 세 자리 까지만 사용한다.그림 1 의 회로와 같이 Current Source 에서 M1, M2 로는 2N7000 (Fairchild)을 이용하며 VCC =VDD =10 V 인경우, IREF =10 mA 인 전류원을 설계한다.(A) 2N7000 의 Data sheet 로부터 (1/2)kn'(W/L)을 구한다. 사용한 수식 및 수치를 자세히 적어서 제출한다. (Gate Threshold Voltage 와 On-State Drain Current 이용)<중 략>Cascode Current Mirror 설계(A) 그림 2 의 회로와 같이 IREF = 10 mA 인 Cascode 전류원을 설계하기 위해서 M2 와 M4 의 VGS 를 구하여라. 또한 VGS 를 만족시키기 위한 R1 값을 구하여라
(C) 설계한 Oscillator 의 동작원리를 기술한다. (이론부 참고) Oscillator 는 Positive feedback 회로이다. 회로의 동작원리를 이해하기 위하여 우선 OPAmp 의 출력전압이 L+에 있었다고 가정한다. 출력단자는 R 과 C 를 통해 접지되어 있으므로 출력전압은 Capacitor C 를 charge 시키게 되며 Capacitor 에 걸리는 전압 v-(= )는 점점 증가하게 된다. 0 ==L+일 때, v+=β0 =βL+이므로 v-(= )가 증가하다가 v-=βL+)가 되면 0 ==L로 상태가 바뀌게 되며 Capacitor 에 쌓여 있던 전하가 R 을 통해 Discharge 하기 시작한다. 한편, 0 ==L-일 때, v+=β0 = =βL-이므로 v-(= )가 감소하다가 v-=βL-가 되면 0 는 또다시 0 ==L+로 상태가 바 뀌게 되어 그간의 과정을 반복하게 된다. 그림 6 은 시간이 흐름에 따라 0 =, v-, v+ 가 어떻게 변화하는지를 보여준다. 앞서 설명한대로 v-(= )는 RC 회로를 통해 C harge 와 Discharge 과정이 반복되므로 시정수가 τ=RC 로 주어지는 1 차 RC 회로 특유의 곡선 모양을 갖게 되며 출력전압 0 =는 v+와 v-의 상대 크기에 따라 L+또는 L-값을 갖는 구형파 형태를 띠게 된다. 0 는 v+와 v-의 상대 크기에 따라 L+또는 L- 값을 갖는 구형파 형태를 띠게 된다. 0 의 값에 관계없이 0 =와 v+사이에는 v+=β0 관계가 성립하므로 v+는 0 와 마찬가지로 구형파의 형태를 띠게 되며 다만 그 진폭만 β배로 줄어들게 된다.
4. 설계실습 내용 및 분석4.1 Series-Shunt 피드백 증폭기의 구현 및 측정(A) 3.1(a)에서 설계한 Series-Shunt 피드백 증폭기 회로를 구성한다. 입력저항 1kΩ, 부하저항 (RL=1kΩ)에 대해 입력전압을 0V 에서 6V 까지 1V 씩 증가시키며 출력 전압의 변화를 확인하고 기록한다. 이후 조교의 확인 sign 을 받는다.DC power supply 의 채널 2 개는 +12V 와 -12V 로 설정하여 OPAMP 와 VDD 에 연결해 주었다.입력전압을 변화시키기 위해 채널이 하나 더 필요했는데, Function generator 를 전압원으로 사용했다.<입력전원으로 사용한 Function generator>VPP 는 0.002VPP , 주파수는 100kHz 로 설정하고, offset Voltage 를 0.5V 부터 0.5V 씩 증가시키며 출력전압을 살펴보았다. Offset Voltage 는 50Ω 에 걸리는 전압이 기준이므로 입력저항이 1kΩ인 것을 고려하면 실제로는 1V 부터 1V 씩 증가하는 입력전압을 주고있는것과 같다. 결과는 아래 표와 같다.