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전자회로실험 결과보고서 -음성증폭기의 주파수 응답 ( A+ 퀄리티 보장 )

전자회로실험 결과보고서실험 16. 음성 증폭기의 주파수 응답1. 실험목적- 음성증폭기의 주파수 응답 측정.- 음성증폭기의 주파수 응답에 영향 미치는 부귀환의 영향을 확인.2. 실험이론주파수 응답증폭기는 입력 정현파의 주파수가 증가하면 진폭이 감소하는 롤 오프(Roll-Off) 현상이 발생하게 된다. 이렇듯, 입력 정현함수의 주파수에 관해서 출력 정현함수의 진폭 그리고 위상각을 도사하는 과정을 주파수 응답을 살펴본다고 이야기 한다.부귀환에 의한 트랜지스터 증폭기의 주파수 응답 확장위의 그림에서 롤오프가 일어나기 때문에, 개루프이득을 아래와 같이 설정할 수 있다.이와 더불어 아래와 같은 부귀환 루프를 고려하자적절하게 식을 세워 정리하면즉,폐루프 이득 ={A _{0}} over {1+KA _{0}}폐루프 BW =(1+KA _{0} )w _{0}이다. 비록, 피드백을 통해 증폭기는 안정화 되지만 이득은 줄어들게된다(본 실험에서C _{1}같은 경우는 AB단을 우측 트랜지스터 단으로부터 DC 를 독립시킨다.그리하여 우측에서는 바이어스 전류를 확립할 수 있고, 이는 트랜지스터가 높은 전도성을 가지고 행동할 수 있게 해준다. 만일 C1이 없다면 출력은 눈에띄지가 않을 것이다.C _{2}를 통해서 부귀환을 확립할 수 있다. 따라서 출력은 더욱 안정적으로 됨을 확인 가능하다.시뮬레이션결과 (아래) 에서 보이듯, 부귀환 있을시 전압은 대체적으로 작아진다.2. 볼륨 조정기 양단에 걸리는 입력 신호의 레벨을 일정하게 유지하는 이유는?=>본 실험에서는 부귀환에 따른 이득의 변화를 보고싶기때문에 일정하게 해당 요인은 통제변인으로서 작용해야만 하므로, 입력 레벨을 일정하게 유지해야 한다.3. 다음 경우에 대해 100Hz 증폭기의 총 이득을 계산하라.(a) 부귀환 없는 경우(b) 부귀환 있는 경우(c)C _{5} 제거된 경우계산과정을 보이고, 이득에 차이 있으면 논하라.=> 저희 조는 모든 열에 대해서 실험을 하지않았으므로, 시뮬레이션 값을 참조해서 계산토록 하겠습니다. 시뮬레이션 값은 아래에 있습니다.(a) = 0.8286/0.12 = 6.905(b) = 0.9165/0.021 = 43.64(c) = 0.283464 / 0.12 = 2.3622a->b 갈때는 소스진폭을 줄였으니 당연히 이득은 증가한다.a, c는 1000Hz에서 전압 같으니 비교를 할 수 있다. c경우는 부귀환 달고, C5 제거했다.부귀환을 장착시 이득은 줄어들게 됨을 이 둘을 비교하여 알 수 있다.4. 다음 경우에 대해 증폭기의 주파수 응답을 비교하라.(a) 부귀환 있는 경우(b) 부귀환 없는 경우(c)C _{5} 제거된 경우실험에서 얻어진 그래프 참고해서 답하라=> (마찬가지로 시뮬결과 이용) a에서 b로 넘어갈 경우 전압은 작아진다 이는 부귀환의 본질적인 특성이기 때문에, 시뮬레이션 그래프를 통해 알 수 있다. 한편 a->c 경우는 커지는데, 부귀환 역할을 하는 C5를 제거했기때문에 덜 안정화되어 출력전압이 증가한다.6. 피스파이스 시뮬레이션 결과위의 회로에서 SET=0.68일 때 VP-VP 가 4V가 나왔다. (아래 참조)

공학/기술| 2020.12.03| 12페이지| 1,500원| 조회(225)

증폭기, 전자회로, 결과보고서, 전자회로실험, 음성증폭기, 결보

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전자회로실험 결과보고서 -다이오드 동작 대신호 소신호 동작 ( A+ 퀄리티 보장 )

결과보고서실험2 다이오드 동작: 대신호/소신호 동작1. 실험 목적1) 다이오드 회로에서 소신호 동작에 대해 공부한다.2) 다이오드 소자의 특성 곡선을 측정, 계산하고 실제 소신호 전달함수를 측정하여 비교한다.3) 입력신호에 따른 소신호 동작 실험을 통해 제3 다이오드 모델을 사용한 해석과 비교한다.2. 실험 결과 및 분석다이오드 회로 특성곡선 측정[표 2-1] 다이오드 회로 특성 VIN과정2: VOUT(VA+VB)/2과정3: AV100mV0200mV5.00E-04300mV1.00E-03400mV4.75E-03500mV8.50E-03600mV5.13E-02700mV9.41E-02800mV1.68E-01900mV2.41E-011000mV3.25E-011100mV4.09E-011200mV5.01E-011300mV5.94E-01본 실험 결과에 대한 그래프는 아래와 같다..2V , .4V , .6V 등등에 대해서 조사를 하였고, (파란 실선).1V , .3V , .7V 등등에 대해서는 내삽법을 통하여 그래프를 그렸다. 검정색 점선은 실제 다이오드 모델에 대한 결과이다. 그래프를 통하여 실험결과와 이론이 크게 다르지 않음을 알수 있다. 하지만, 다른부분은 분명히 존재한다. 첫째로 이는 선형 내삽법근사에 의한 것이므로 불가피하다. 하지만, 이 부분에 대해 오차를 줄이고 싶으면 그냥 200mV에 대한 값을 측정 하면된다. 혹은 불가피하게 200mV에 대해 측정할 수 없으면 trial and error 을 통해서 얻을 수도 있다. 또한, 시뮬레이션 결과와 비교하면 0.1V에서의 실험값은 0이다. 이는 실험기기의 한계에 기인한 것이다. 본 실험에서 사용한 기기는10 ^{-3}V까지 측정가능하다. 하지만 이는10 ^{-6} 단위까지 측정할 수는 없어서 0V로 나타낸다. 따라서, 이에 기인한 오차를 줄이기 위해서는 더 정교한 디지털 기기를 사용할 수 있다.표2-1은 Vin에 DC전압을 +0.1V부터 +1.3V까지 200mV간격으로 증가시키며 인가하면서, Vout의 DC 전압을 측정 표에 기록한 내용이다. PSPICE 시뮬레이션 에서는 ㎶ 단위까지 측정이되어, 100mv 와 300mv에 값이 올바르게 나와있지만, 실제 측정에서는 mV밖에 측정이되지 않아, 300mv에만 0.1mV가 찍힌 모습이 보인다. 하지만 그 외 모습에서는 pspice와 실제 측정값이 거의 비슷하게 나왔고, 700mv 이상에서는 다이오드가 정상적으로 작동하여 정상적인 전압이 출력되는 모습도 보여주고 있다. 저전압에서는 이처럼 실제값과 이론값이 상당수 차이를 보이지만, 전압이 증가함에따라 다이오드 순방향 저항이 낮아지므로, 이론값과 상당히 일치하는 부분을 보이게 된다. 또한, 그 결과로 전압이득은 1에 가까워지게 된다.다이오드 회로의 소신호 증폭도 측정[표 2-2] 다이오드 소신호 증폭도 (VA+VB)/2과정5: vin과정5: vout과정6: AV200mV4040.1400mV4080.2600mV40200.5800mV40280.71000mV40320.81200mV40350.875본 실험에서 우리는 40mV의 진폭을 가진 소신호를 바이어스점을 변경시켜가면서 조사하였다. 이에따른 진폭은 표와 같다. 앞서와 마찬가지로 이득은 1로 접근을 하게된다. 이는 바이어스전압이 커짐에 따라 다이오드의 고 기울기 영역으로 높아지게 되고, 트랜스컨덕턴스가 증가하니 소신호 저항은 작아지기 때문이다.선형 동작을 위한 바이어스 결정[표 2-3] (VA+VB)/2과정5: vin과정5: vout과정6: AV200mV8080.1400mV80120.15600mV80360.45800mV80480.61000mV80520.651200mV80560.7본 과정에서는 이전의 과정과 동일하지만 진폭이 두배인 소신호를 입력하였다. 기존의 신호와 유사한 결과가 나왔다. 마찬가지로 바이어스점이 높아지면 전압이득은 증가한다. 하지만 적은 진폭과 비교했을때, 큰 진폭의 경우에는 이득이 조금 낮아졌다는 것에 주목할 필요가 있다.3. 질문1) 다이오드 회로에서 순방향 바이어스가 되지 않은 경우, 소신호 저항 rd와 전달함수 Av는 어떠한가?r _{d} = {V _{T}} over {I _{s} `exp( {V _{D}} over {V _{T}} )}로 소신호 저항을 구할 수 있다. 순방향 되어있지 않은경우는 매우 작은 전류가 흐르기 때문에(분모의I _{S} 영향이 지대함) 소신호 저항은 거의inf정도로 매우 커진다. 전달함수 같은 경우도 대개 0.7V이하의 경우 순방향 바이어스가 되지 않았을 때, Vout의 값은 0에 가까운 모습을 보여주고 있다. 따라서 Av는 0에 수렴하게 된다.2) 바이어스 점에 따라 전달함수는 어떻게 변하는가?대략 0.7V이상부터는 Vin에 가까운 Vout을 보여주기 때문에, 전달함수 같은 경우는 1에 수렴하게 된다. 이는 바이어스가 커질수록 소신호저항이 작아지기 때문이다. 따라서, 다이오드를 저항으로 모델링 한다면, 전압분배기에서 부하쪽에 전부 전압이 걸리기 때문이다.3) 다이오드 회로에서 대신호/소신호 모델의 근사화가 가능한 입력 신호의 바이어스 DC전압은 얼마인가?소신호 모델을 위해 다이오드 전압 변동량이 작아야한다. 그렇지만 바이어스 전압이 없다면 신호의 증폭은 불가능하다. 따라서 일정량의 바이어스 전압이 반드시 필요하며, 이는 대부분의경우 진폭의 10배정도 되야한다. 그래야 신호에 의한 전류변화는 무시할 수 있는 양이되고, 그래야지만이 소신호로 근사가 가능하다.

공학/기술| 2020.12.03| 5페이지| 1,500원| 조회(153)

다이오드, 전자회로, 결과보고서, 전자회로실험, 결보

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전자회로실험 결과보고서 -전류미러 ( A+ 퀄리티 보장 )

결과보고서실험9. 전류 미러1. 실험결과 및 고찰1) NMOS 전류미러에 대한 실험 결과는 아래의 표와 같다.전류[mA]i _{i}1.1i _{o1}1.3i _{o2}1.51단락 안했을 때전압[V]V _{A}2.99V _{B}2.87V _{C}7.92V _{D}9.01V _{E}9.4전류전달비는Q _{2} ,Q _{3} 순으로 1.18, 1.37 이다.단락시 전류i _{o2} =1.521mA , 전압V _{B} =8.99V 이용하면r _{0} =97272.7`OMEGA전류[mA]i _{i}1.48i _{o}1.422) 캐스코드 전류 미러 실험에 대한 결과는 아래와 같다.단락 안했을 때전압[V]V _{A}8.01V _{B}1.82V _{C}8.27V _{D}1.99V _{E}9.4전류전달비는 1.04225이다.단락시 전류 1.443mA, 전압 6.42V 이용하면,r _{o} =206521.74`OMEGA전류[mA]i _{i}1.2i _{o}1.123) 윌슨 전류 미러 실험에 대한 결과는 아래와 같다.단락 안했을 때전류전달비는 1.07143이다.전압[V]V _{A}8.2V _{B}1.52V _{C}8.2V _{D}1.67V _{E}0.8단락시 전류 1.134mA, 전압 6.37V 이용하면,r _{o} =346428.57` OMEGA 본 실험을 통해 전류미러의 출력 저항값을 비교할 수 있었다. 실험 결과를 통해 NMOS 전류미러에 비해 캐스코드와 윌슨 전류미러의 저항값이 큰 것을 확인할 수 있었다. 이는 캐스코드와 윌슨 전류미러는 능동부하를 사용하여 출력저항값이 더 커져서 그렇다는 사실에서 쉽게 추론할 수 있다. 더불어 전류전달비 또한 NMOS에 비해 윌슨과 캐스코드가 1에 더욱 가까움이 확인된다. 이는 능동부하가 출력 임피던스를 매우 크게 증가시키기 때문이다. 특히, 윌슨 전류미러 회로의 경우는 부귀환을 사용하기 때문에 개선된 동작을 하게됨을 실험을통해 확인가능하다.시뮬레이션 결과는 아래와 같다. 실험에서 사용된 소자와 다르므로 값은 상이할 수 있다.2. 질문1) 전류 미러의 전류 전달비의 정합정도와 출력저항 크기의 상관관계를 설명하라.출력저항 크기가 클수록 회로는 더욱 안정된 동작을 하게 되며, 전류미러는 더욱 잘 정합되게 된다.2) 전류미러의 전류를 줄이는 경우 출력저항은 어떻게 변화하는가?출력저항은 변하지 않아야 한다. 하지만 측정기기의 제약에 의해서 전류 측정간 미세 오차가 생길 수 있다. 일반적으로 큰 전류가 흐를 때의 변화량이 적은 전류 흐를 때보다, 전류변화가 둔감하게 측정된다. 결국, 출력저항이 그 결과 영향을 받을 수 있으며 전류를 줄이면 출력저항이 커진다고 볼 수 있다.3) 캐스코드 전류 미러의 전류 전달비와 출력 저항은 기본 전류 미러와 비교하여 어떠한가?캐스코드는 전류미러는 능동부하를 이용한다. 이를이용해 출력 저항을 매우 크게 만들 수 있다.4) 윌슨 전류 미러의 전류 부귀환은 미러의 전류 전달비와 출력저항을 어떻게 변화시키는가?

공학/기술| 2020.12.03| 6페이지| 1,500원| 조회(449)

전자회로, 결과보고서, 전자회로실험, 전류미러, 전류거울, 결보

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전자회로실험 결과보고서 -BJT 증폭기의 DC 바이어스 ( A+ 퀄리티 보장 )

결과보고서실험6. BJT 증폭기의 DC 바이어스1. 실험결과 및 고찰항목과정 2~4Q1Q2Q3V _{RB}11.322V11.24V11.23VV _{RC}5.80V5.62V6.07VI _{B}11.2uA11.0uA11.1uAI _{C}2.18mA2.08mA2.25mAβ194.61892031) 1개의 저항을 이용한 간단한 BJT 바이어스 회로에 대한 결과는 아래와 같다.평균 이득은 195.533 이 나왔다. 이 값과 ,I _{C} =beta` {V _{CC} -V _{BE}} over {R _{B}} ``,``V _{BE} =V _{T} ``ln( {I _{C}} over {I _{S}} ) 에 의해 계산된 값은 유사 하므로 적절한 값이 될 수 있다(단,I _{S}는 공칭값을 이용함). 주목할점은 이득이 최대 14까지 변한다는 점이다. 즉,%`ERR= {203-189} over {203} ` TIMES `100=6.897%. 이러한 현상은 BJT 트랜지스터 내의 벌크저항에 의한 것으로 추정된다. 벌크저항이 이미터쪽 직렬저항에 영향을 주었다면,Partial `I _{C} =- beta ` TIMES ` {V _{CC} -V _{BE}} over {R _{B} ^{2}} Partial `R _{B} =-`beta`times` {I _{B}} over {R _{B}} `partial`R _{B}therefore```partial`beta`= {partial`I _{C}} over {I _{B}} =-`beta`times` {partial`R _{B}} over {R _{B}}만일 직렬저항이 베이스 저항에 10%정도의 오차를 나타냈다고 하면, (rough 한 값임)Partial ` beta `= {Partial `I _{C}} over {I _{B}} =-195.533` TIMES 0.1=-19.55 이에 의하면 직렬저항에 의해 예상되는 값와 실험값의 크기는 5정도로 차이가 난다.즉, 직렬저항에서 일부 오차가 발생했기 때문이라 추정할 수 있다.오차 줄이기 위해서는 트랜지스터 내부저항이 감소해야한다.항목과정 5~8Q1Q2Q3V _{BE}717mV714mV708mVV _{CE}0.099mV0.099mV0.099mVI _{E}4.61mA4.58mA4.56mAI _{C}4.38mA4.38mA4.38mAI _{B}228uA228uA228uAβ19.2119.2119.212) 전압분배 회로를 이용한 바이어스 회로에 대한 결과는 아래와 같다본 실험에서는 이득이 모두 동일하게 나왔다. 이것은 베이스와 이미터 전류가beta가 아닌 외부 저항소자 R1,R2에 의존하기 때문이다. 한편 이때는 앞서보다 이득이 적게 나오게 된다. 이전의 실험에서는 매우 적은I _{B}에 의해 저항에서의 전압강하가 조금 발생하게 되었지만 본 회로에서는 두개의 직렬저항에 의해 전압분배기로 작동하기 때문이다.항목과정 9~12Q1Q2Q3V _{BE}687mV685mV692mVV _{CE}5.09V5.22V5.15VI _{B}12.5uA12.8uA12.3uAI _{C}2.50mA2.43mA2.49mAβ200189.8202.443) 자기 바이어스 회로에 대한 결과는 아래와 같다.본 실험에 대해beta는 약 200정도로 나오게 되었다. 이는 저항1개 사용한 bjt바이어스 회로의 결과와 거의 일치한다. 그 이유로는 컬렉터 저항에서 전압강하가 발생하게 되면 해당 노드의 전위는 다시V _{CC}처럼 동작하기 때문이다. 또한 이것이 전압분배 회로보다 이득이 크게되는 원인이기도 하다. 오차 원인은 저항측정상의 오차에 기인한다(앞의 논증참조)2. 질문1) 실험한 세 가지 BJT 바이어스 회로에서beta 값 변화에 따라 BJT 회로의 바이어스점은 어떻게 변화하는가?항상beta값이 증가하면서 바이어스 값은 증가한다(I _{C} ``,I _{B} ``,``V _{BE})그럴수밖에 없는것이V _{BE}대I _{C}의 그래프에서V _{BE}가 증가할수록 곡선의 미분기울기는 증가한다. 이는 점점 컬렉터전류가 급격히 증가한다는 것이고 이득이 증가한다는 말이된다.2) 실험한 세가지 BJT 바이어스 회로의 트랜지스터beta 에 대한 변화가 가장 좋은 회로는 어떤 회로인가? 아래 수식의beta 에 대한 컬렉터전류I _{C} 의 민감도함수 S(beta)를 이용해 확인하라제1 실험에서는S(beta)= {{2.25-2.08} over {2.25} `times`100} over {{203-189} over {203} `times`100} `=1.09556 제2 실험에서는S( beta )= {{4.377-4.376} over {4.377} ` TIMES `100} over {{19.193-19.1974} over {19.193} ` TIMES `100} `=0.996583 제3 실험에서는S( beta )= {{2.50-2.43} over {2.50} ` TIMES `100} over {{202.44-189.8} over {202.44} ` TIMES `100} `=0.448443 이 값들로 비춰봤을때 , S(beta) 가 가장 작은 자기바이어스 회로가beta 변화에 둔감하니까 좋은 회로이다. 이는 자기 바이어스회로가 음성피드백 작용을 하기때문이다. 즉, 컬렉터 전류가 증가시 컬렉터 전압 감소시키고 다시 컬렉터전류 감소시켜beta 의 변화에 둔감한 동작을 가능하게 한다. 특히,R _{C} ``>> {R _{B}} over {beta} 이면 둔감해진다.3) 자기 바이어스 회로에서 트랜지스터beta 의 변화에 대해 둔감한 안정된 바이어스 동작을 위해 각 저항들은 어떤값을 가져야하나?I _{C} = {V _{CC} -V _{BE}} over {R _{C} + {R _{B}} over {beta}} 이다.

공학/기술| 2020.12.03| 4페이지| 1,500원| 조회(164)

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전자회로 실험 결과보고서 - CMOS 연산증폭기 ( A+ 퀄리티 보장 )

1. 실험목적1) 기본 2단 CMOS 증폭기 구조에 대한 내부 구조를 이해.2) 비교적 다수의 CMOS 소자를 이용한 보다 큰 시스템 응용을 알아본다입력 옵셋전압입력단에서 소자 부정합이 일어날시, 입력 옵셋전압이 나타나게 된다.이 부정합은 임의적으로 발생하며, 그 결과로 나오는 옵셋전압을 임의 옵셋 전압이라 말한다.일반적으로 이는 common mode일때 그 결과를 을 통해서 확인할 수 있다. 이 유한값이 나오며, 그 결과 CMRR이 에서 유한값으로 크게 감소한다고 볼 수 있다.5. 실험 고찰 본 실험은 대부분의 분반이 잘 진행이 되지 않아서, 실험의 상당부분을 축소하여 진행하게 되었습니다. 원인으로는 크게 2가지로 생각이 됩니다. 첫째, 교재상의 핀 배열의 불분명함. 둘째, 교재상 arrow notation 및 단자(A,B,C...) 의 애매모호함 입니다. 그럼에도 불구하고 잘 진행이 되었지만, 여기에도 일말의 문제점이 존재할 수 있기때문에, reference 값으로 시뮬레이션 결과를 참조하겠습니다. 본 실험의 시뮬레이션 결과 3dB 대역폭은 약 80Hz가 나왔습니다. ( 지난번 조교님께서, 약 300Hz정도 나와야한다고 하셨지만 이것은 시뮬레이션상 사용된 소자에 따라 상이할 수도 있기때문에 이를 기준삼았습니다. ) 하지만 우리의 실험에서는 약 1.1kHz정도로, 시뮬레이션 결과보다 약 16배정도 큰 수치를 얻게 되었습니다. 실험에서의 수치가 실제보다 높은 이유로는, 다음의 simplify 된 회로를 이용해서 확인해볼 수 있습니다. 위의 회로의 전달함수와 3dB 대역폭은 우측을 통해서 구할 수 있습니다. 결국, 차단주파수는 입니다. 그런데, 출력단의 커패시턴스는 0.1uF이 맞기는 하지만 이내에서의 약간의 부정합이 발생할 수 있습니다. 그래서 0.01uF 마다, 수~수십 Hz의 오차가 발생할 수 있고, 결국 조그마한 커패시턴스의 부정합이 차단주파수의 큰 변화를 만들어내게 됩니다.

공학/기술| 2020.12.03| 8페이지| 1,500원| 조회(181)

전자회로, 연산증폭기, 결과보고서, 전자회로실험, CMOS, 결보

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