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[A+][중앙대학교 전자회로설계실습] 실습11 Push-Pull Amplifier 설계 예비보고서 평가A+최고예요

* 모든 계산결과는 반올림하여 유효숫자 세 자리까지만 사용한다. 위 왼쪽 회로와 같이 설계한 Push-Pull Amplifier에서 RL= 100 Ω, VCC= 12 V로 하여, Dead zone과 Crossover distortion을 확인하려고 한다.(A) 그림 1(a) 회로를 simulation하기 위한 PSpice schematic을 그리되, BJT 를 제외하고 부하저항을 100Ω으로 놓고, Simulation Profile에서 Analysis type을 DC Sweep으로 설정하고서 DC 전압원의 값을 –12 V에서 +12 V까지 0.001 V의 증분으로 증가시킴에 따라 부하저항 양단의 출력전압이 어떻게 변하는지를 보여주는 입출력 transfer characteristic curve를 확인하라.DC 전압원의 값을 –12 V에서 +12 V까지 0.001 V의 증분으로 증가시킴에 따라 부하저항 양단의 출력전압이 선형적으로 증가하다가, -1V ~ 1V 구간에서 출력전압이 0V가 되고, 이후 다시 출력전압이 증가하는 모습을 확인할 수 있다.(B) 단계 (a) 에서 얻어진 transfer characteristic curve를 보면 입력전압의 절대값이 특정전압 이상이 되지 않으면 출력전압이 0에서 미동도 하지 않는 Dead zone이 보인다. 이러한 현상을 발생하는 이유를 설명하라.⇒입력전압이 –-V_EBP <V_I <V_BEN일 때 Push-Pull 증폭기를 이루고 있는 두 개의 BJT 인 NPN BJT, PNP BJT 가 모두 꺼진 상태로 동작하여 출력전압은 입력전압에 상관없이 V_O = 0이 되기 때문이다.

공학/기술| 2022.04.15| 8페이지| 1,000원| 조회(145)

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[A+][중앙대학교 전자회로설계실습] 실습10 Oscillator 설계 예비보고서

전자 회로 설계 실습설계 실습 10. Oscillator 설계과목명전자회로설계실습담당교수제출일2021.05.30작성자3.1 OrCAD PSPICE를 사용한 Oscillator의 설계(A)L _{+} =-L _{-} =12V,````R _{1} =R _{2} =1k ohm,```C`=`0.47 muF으로 주어진 경우,T _{1} =T _{2} =`0.5`m`sec0.5msec가 되도록 아래 그림 1의 신호발생기를 OrCAD를 이용하여 설계하고 설계도를 제출하라. 사용한 수식 및 수치를 자세히 적어서 제출한다.⇒beta= {R _{1}} over {R _{1} +R _{2}} = {1k OMEGA } over {1k OMEGA +1k OMEGA } =0.5T _{1} =RC`ln {1- beta (L _{-} /L _{+} )} over {1- beta } =R TIMES 0.47㎌ TIMES ln {1-0.5(-12/12)} over {1-0.5}= 0.5``msT _{2} =RC`ln {1- beta (L _{+} /L _{-} )} over {1- beta } =R TIMES 0.47㎌ TIMES ln {1-0.5(12/-12)} over {1-0.5}= 0.5``msTHEREFORE R= {0.5m} over {0.47 mu ` TIMES ln(1.5/0.5)} =968 OMEGA(B) P-SPICE를 이용하여 위에서 설계한 oscillator의v _{o} ,````v _{+} ,```v _{-}의 파형을 제출하라. 또한T _{1} `,``T _{2} `,`V _{TH} ``,`V _{TL}의 값을 제출하라.(시뮬레이션 설정 : Analysis type : Time Domain, Maximum step size : 50 us, Run to time : 20ms ~ 100ms로 상황에 맞게 설정)SimulationSimulationT_10.472msT_20.483msV_TH5.90VV_TL-5.88V(C) 설계한 Oscillator의 동작 원리를 기술한다. (이론부 참고)⇒Oscillator는 Inverting bistable circuit과 RC회로를 결합한 구형파 발생기이다. 회로의 동작원리를 이해하기 위하여 우선 OP-Amp의 출력전압이L` _{+`}에 있었다고 가정 한다. 이 때 출력단자는R`과`C`를 통해 접지되어 있으므로 출력전압은 CapacitorC`를 Charge시키게 되며 따라서 Capacitor에 걸리는 전압v` _{-} `=` beta`L` _{+} `는 점점 증가하게 된다.v` _{o} `=L` _{+} `일 때,v` _{+} `=` beta`v _{o} `=` beta`L` _{+} `이므로,v` _{-} `(=v _{C} `)`가 증가하다가v` _{-} `=` beta`L` _{+} `가 되면v` _{o} `=L` _{-} `로 상태가 바뀌게 되며 Capacitor에 쌓여있던 전하가R`을 통해 Discharge하기 시작한다. 한편,v` _{o} `=L` _{-} `일 때,v` _{+} `=` beta`v _{o} `=` beta`L` _{-} ` 이므로,v` _{-} `(=v _{C} `)`가 감소하다가v` _{-} `=` beta`L` _{-} `가 되면v` _{o} `는 또다시v` _{o} `=L` _{+} `로 상태가 바뀌게 되어 그간의 과정을 반복하게 된다.v` _{-} `(=v _{C} `)`는R`C```회로를 통해 Charge와 Discharge 과정이 반복되므로 시정수가tau`=`R`C```로 주어지는 1차R`C```회로 특유의 곡선 모양을 갖게 되며 출력전압v` _{o} `는v` _{+} `와v` _{-} `의 상대 크기에 따라L` _{`+`}또는L` _{`-`}값을 갖는 구형파 형태를 띠게 된다.v` _{o} `의 값에 관계없이v` _{o} `와v` _{+} `사이에는v` _{+} `=` beta`v _{o} ` 관계가 성립하므로v` _{+} `는v` _{o} `와 마찬가지로 구형파의 형태를 띠게 되며 다만 그 진폭만beta`배로 줄어들게 된다.3.2 Feedback factor (beta)의 영향 분석(A)R _{1} =0.5k ohm으로 설계하고 P-SPICE로 얻어진v _{o} ,```v _{+} ,``v _{-}의 파형을 제출하라.또한T _{1} ,```T _{2} `,V _{TH} ``,`V _{TL}의 값을 제출하라.⇒SimulationSimulationT_10.265msT_20.295msV_TH3.93VV_TL-3.92V(B)R _{1} =2k ohm으로 설계하고 P-SPICE로 얻어진v _{o} ,```v _{+} ,``v _{-}의 파형을 제출하라.또한T _{1} ,```T _{2} `,V _{TH} ``,`V _{TL}의 값을 제출하라.⇒SimulationSimulationT_10.692msT_20.704msV_TH7.87VV_TL-7.85V(C) (a),(b)에서 설계한 Oscillator의beta를 구하고 3.1에서 설계한 Oscillator와 비교하여beta의 영향을 기술하라.⇒(3.1)beta= {R _{1}} over {R _{1} +R _{2}} = {1k OMEGA } over {1k OMEGA +1k OMEGA } =0.5(a)beta = {R _{1}} over {R _{1} +R _{2}} = {0.5k OMEGA } over {0.5k OMEGA +1k OMEGA } = {1} over {3}(b)beta= {R _{1}} over {R _{1} +R _{2}} = {2k OMEGA } over {2k OMEGA +1k OMEGA } = {2} over {3}표 5 (3.1)SimulationSimulationT_10.472msT_20.483msV_TH5.90VV_TL-5.88V표 6 (3.2-a)SimulationSimulationT_10.265msT_20.295msV_TH3.93VV_TL-3.92V표 7 (3.2-b)SimulationSimulationT_10.692msT_20.704msV_TH7.87VV_TL-7.85V(3.1)에서는R_1 =1k OHM으로 두었지만 (a)에서는R _{1} =0.5k ohm 으로 두고 Oscillator를 설계했고,beta값은 0.5에서 1/3으로 감소했다. 그 영향으로T_1,T_2값이 감소했고,V_TH,V_TL값도 감소했다. 이와 반대로 (b)에서는R _{1} =2k ohm 으로 두었고beta값은 0.5에서 2/3으로 증가했다. 그 영향으로T_1,T_2값이 증가했고,V_TH,V_TL값 역시 증가했다.V _{TH} =betaL_+,V _{TL} =betaL_- 이므로V_TH,V_TL 값은beta값에 비례한다.L _{+} =-L _{-} =12V이므로T _{1} =T _{2} =RC`ln {1+ beta } over {1- beta }이고,T_1,T_2은 전체저항R값에 비례한다.R_1값과beta값은 비례하기 때문에V_TH,V_TL값은 물론T_1,T_2값 모두beta에 비례하다는 것을 알 수 있다.3.3 Feedback 저항 (R)의 영향 분석(A)R=0.5k ohm으로 설계하고 P-SPICE로 얻어진v _{o} ,```v _{+} ,``v _{-}의 파형을 제출하라.또한T _{1} ,```T _{2} `,V _{TH} ``,`V _{TL}의 값을 제출하라.⇒SimulationSimulationT_10.231msT_20.237msV_TH5.89VV_TL-5.88VB)R _{1} =2k ohm으로 설계하고 P-SPICE로 얻어진v _{o} ,```v _{+} ,``v _{-}의 파형을 제출하라.또한T _{1} ,```T _{2} `,V _{TH} ``,`V _{TL}의 값을 제출하라.⇒SimulationSimulationT_10.978msT_21.01msV_TH5.90VV_TL-5.89V(C) (a),(b)에서 설계한 Oscillator의beta를 구하고 3.1에서 설계한 Oscillator와 비교하여beta의 영향을 기술하라.⇒표 10 (3.1)SimulationSimulationT_10.472msT_20.483msV_TH5.90VV_TL-5.88V표 11 (3.3-a)SimulationSimulationT_10.231msT_20.237msV_TH5.89VV_TL-5.88V표 12 (3.3-b)SimulationSimulationT_10.978msT_21.01msV_TH5.90VV_TL-5.89V(3.1), (3.3-a), (3.3-b) 모두R_1과R_2의 값이R_1 = R_2 = 1k OHM으로 일정하기 때문에beta값은beta= {R _{1}} over {R _{1} +R _{2}} = {1k OMEGA } over {1k OMEGA +1k OMEGA } =0.5으로 모두 동일하다.V _{TH} =betaL_+,V _{TL} =betaL_- 이므로V_TH,V_TL 값은beta값에 비례하며,beta값이 일정하기 때문에 따라서 (3.1), (3.3-a), (3.3-b) 에서의V_TH,V_TL 값은 모두 일정하다.L _{+} =-L _{-} =12V이므로T _{1} =T _{2} =RC`ln {1+ beta } over {1- beta }이고,T_1,T_2은 전체 저항R값에 비례한다.R = 968 OMEGA이었던 (3.1)보다 작은 값인R = 0.5 k OMEGA을 사용한 (a)에서는T_1,T_2값이 감소하였고, (3.1)보다 큰 값인R = 2 k OMEGA을 사용한 (b)에서는T_1,T_2값이 증가하였다.beta값은 일정하기 때문에T_1,T_2에서도beta값은 영향을 주지 못하고, 전체 저항R값 만이 영향을 준다는 사실을 확인할 수 있다.

공학/기술| 2022.04.15| 9페이지| 1,000원| 조회(157)

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[A+][중앙대학교 전자회로설계실습] 실습9 피드백 증폭기 (Feedback Amplifier) 예비보고서

전자 회로 설계 실습설계 실습 9. 피드백 증폭기 (Feedback Amplifier)과목명전자회로설계실습담당교수제출일2021.05.23작성자3.1 Series-Shunt 피드백 회로 설계(A) 그림 1 회로를 Simulation 하기 위한 Pspice schematic을 그린다. 전원 전압원은 12V로 고정하고 입력저항 및 부하저항을1`k` ohm`, 피드백 저항은{V_O } over {V_S } = 2가 되도록R` _{1`},R` _{2} `값을 설정하고, Simulation Profile에서 Analysis type을 DC Sweep으로 설정하고서 입력 전압원의 값을 0V에서 +6V 까지 0.1V의 증분으로 증가시킴에 따라 부하저항 양단의 출력전압을 어떻게 변하는지를 보여주는 입출력 Transfer Characteristic Curve를 그려라.⇒Op amp의 이득이 충분히 클 때, 입력전압과 피드백 전압이 같은 전압을 가지게 된다. 이 때 출력전압V_O은V_O = { R_1 +R_2} over { R_2}V_S이므로,{V_O } over {V_S } = 2가 되려면R _{1} =R _{2} =`1k OMEGA 이어야 한다.그림 3 RL = 1kΩ, RS = 1kΩ(B) 단계 3.1(A)에서 그린 Pspice schematic에서 입력저항을10`k` ohm`, 부하저항을100` ohm`으로 하고 단계 3.1(A)와 같은 작업을 반복해서 부하저항 양단의 출력전압이 어떻게 변하는지를 보여주는 입출력 Transfer Characteristic Curve를 그려라.⇒그림 4 RL = 100Ω, RS = 10kΩ(C) 단계 3.1(A)과 3.1(B)에서 얻어진 Transfer Characteristic Curve를 비교하고 분석하라.⇒3.1(A)에서는R _{L} = 1kΩ,R _{S} = 1kΩ으로 설정하고, 3.1(B)에서는R _{L} = 100Ω,R _{S} = 10kΩ으로 설정하여 각 각 입력 전압원의 값을 0V에서 +6V까지 증가시켜가며 Transfer Characteristic Curve을 그려보니 단계 3.1(A)과 3.1(B)의 Transfer Characteristic Curve가 동일하게 나왔다.이 회로는 Op amp 하나와 PMOS를 이용한 전압 레귤레이터(Regulator)회로이며, 입력 입피던스를 크게, 출력 임피던스를 작게 하기 위해 Series-Shunt 구조의 피드백 기법을 사용했다. 이 때 레귤레이터 출력 전압은 오직 입력 전압에 의해서 결정되며, 입력 저항R _{S}과 부하 저항R _{L}이 변해도 이득은 일정하게 유지된다. 따라서 3.1(A)과 3.1(B)의 Transfer Characteristic Curve가 동일하게 나오는 것이다.(D) 단계 3.1(B)에서 입력 전압원을 2.0V로 고정하고 전원 전압원을 0V에서 12V까지 증가시켜 가며 출력 전압이 어떻게 변하는지 시뮬레이션 결과를 보여라. 특정 전압 이상에서는 출력 전압의 변화가 없다. 그 이유를 설명하라.⇒입력 전압원을 2.0V로 고정하고 전원 전압원을 0V에서 12V까지 증가시켜 가며 출력 전압을 확인하니 전원 전압이 4V가 되는 순간부터 출력 전압도 4V에서 변화하지 않는다.출력 전압은 오직 입력 전압에 의해서 결정되며, 입력 저항R _{S}과 부하 저항R _{L}이 변해도 입출력 이득을 일정하게 유지한다. 이득은 전원 전압V _{DD}의 변화에도 영향을 받지 않는다. 따라서 출력전압V_O은V _{O} = {R _{1} +R _{2}} over {R _{2}} V _{S} =2V _{S}으로 구할 수 있고, 입력 전압을 2.0V로 고정했으므로 출력전압은 4V가 된 이후로 변화하지 않는다.3.2 Series-Series 피드백 회로 설계(A) 그림 2의 회로를 Simulation하기 위한 Pspice schematic을 그린다. 전원 전압원은 12V로 고정하고 입력저항을1`k` ohm`로 설정한다. LED가 흘릴 수 있는 최대전류를 초과하지 않도록 저항R` _{1`}을 최솟값(R` _{Variable} `=`0`일 때)으로 설정하고 가변저항(R` _{Variable} `)과 직렬 연결하여 피드백 저항을 구성한다. 가변저항(R` _{Variable} `)의 값은 임의로 설정하고 Simulation Profile에서 Analysis type을 DC Sweep으로 설정하고서 입력 전압원의 값을 0V에서 +10V까지 0.1V의 증분으로 증가시킴에 따라 LED의 출력전류가 어떻게 변하는지를 보여주는 입출력 Transfer Characteristic Curve를 그려라. (LED를 사용할 경우 LED가 흘릴 수 있는 최대 전류의 크기를 고려해야 한다. 반드시 LED의 데이터시트를 확인한다.)⇒Op amp의 이득이 충분히 클 때, 입력 전압V _{I} 와 피드백 전압V _{F}는 같은 전압을 가지게 된다. 또한 Op amp 입력 단자로는 전류가 흐르지 않기 때문에 LED에 흐르는 전류는 저항R _{1}과R _{variable}에 흐르는 전류와 같아진다. 따라서 출력 전류I _{O}은I _{O} = {V _{F}} over {R _{1`} +R _{variable}} SIMEQ {V _{I}} over {R _{1}+R _{variable}}으로 구할 수 있다.입력 전압V_I이 10V이고, 가변저항R _{variable}의 값이 0Ω일 때 출력 전류I _{O}는 최대값을 갖는다. 회로에 사용한 LED BL-B4531의 data sheet를 보면 LED에 흐를 수 있는 최대 전류는 150mA이기 때문에, 출력 전류I _{O}가 150mA를 넘지 않도록R _{1}값을 구해야 한다.I _{O} = {10V} over {R _{1}} =150mA ⇒R _{1} =`66.7 OMEGAR _{1} `=`66.7 OMEGA ,R _{variable} `=`100 OMEGA 으로 설정하고 Simulation Profile에서 Analysis type을 DC Sweep으로 설정하고서 입력 전압원의 값을 0V에서 +10V까지 0.1V의 증분으로 증가시킬 때 LED의 출력전류의 변화는 다음과 같다.그림 8 R1 = 66.7Ω, Rvariable = 100Ω(B) 단계 3.2(A)에서 그린 Pspice schematic에서 입력저항을10`k` ohm`으로 변경한다. 피드백 저항을 구성하고 있는R _{variable} `값은 단계 3.2(A)에서 설정한 값의 1/2배로 줄인다. 같은 작업을 반복해서 LED의 전류가 어떻게 변하는지를 보여주는 입출력 Transfer Characteristic Curve를 그려라.⇒그림 9 R1 = 66.7Ω, Rvariable = 50Ω(C) 단계 3.2(A)과 3.2(B)에서 얻어진 Transfer Characteristic Curve를 비교하고 분석하라.⇒3.2(A)에서는R _{1} = 66.7kΩ,R _{variable} = 100Ω으로 설정하고, 3.2(B)에서는R _{1} = 66.7kΩ,R _{variable} = 50Ω으로 설정하여 각 각 입력 전압원의 값을 0V에서 +10V 까지 증가시켜가며 Transfer Characteristic Curve을 그려보니 단계 3.2(A)에 비해 3.2(B)에서 출력 전류가 증가함을 확인할 수 있었다.

공학/기술| 2022.04.15| 8페이지| 1,000원| 조회(142)

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[A+][중앙대학교 전자회로설계실습] 실습8 MOSFET Current Mirror 설계 예비보고서

전자 회로 설계 실습설계 실습 8. MOSFET Current Mirror 설계과목명전자회로설계실습담당교수제출일2021.05.16작성자3.1 단일 Current Mirror 설계* 모든 계산결과는 반올림하여 유효숫자 세 자리까지만 사용한다.그림 1의 회로와 같이 Current Source에서M _{1,} M _{2}로는 2N7000 (Fairchild)을 이용하며V _{CC} =V _{DD} =10V인 경우,I _{REF}= 10mA인 전류원을 설계한다.(A) 2N7000의 Data sheet로부터(1/2)k _{n} prime(W/L)을 구한다. 사용한 수식 및 수치를 자세히 적어서 제출한다.(Gate Threshold Voltage와 On-stage Drain Current 이용)⇒Data Sheet를 보면 Threshold voltageV _{T`} =2.1`V(Typical value) 이고, Gate Threshold VoltageV _{GS} =4.5V일 때I _{D} `=`600mA 이다. 이 값들을 이용하여(1/2)k _{n} prime(W/L)k _{n}를 구하면 다음과 같다.I _{D} = {1} over {2} k _{n}^{prime } {W} over {L} (V _{GS} -V _{T} ) ^{2} ⇒600m= {1} over {2} k _{n}^{prime } {W} over {L} (4.5-2.1) ^{2}THEREFORE {1} over {2} k _{n}^{prime } {W} over {L} =600m/(4.5-2.1) ^{2} SIMEQ 104[mA/V ^{2} ](B)I _{REF}= 10 mA인 전류원을 설계하기 위해서M` _{2}의V _{GS}를 구하여라. 또한V _{GS}를 만족시키기 위한R _{1}값을 구하여라.⇒I` _{REF} `=10`mA`=` {1} over {2} k _{n}^{prime } {W} over {L} (V _{GS} `-`V _{`T} ) ^{2} `=104m` TIMES (V _{GS} `-`2.1) ^{2} 이므로V _{GS} = sqrt {{10m} over {104m}} +2.1 SIMEQ 2.4V 임을 구할 수 있다.또한V` _{GS} `=`V` _{DS} `=`V` _{DD} `-`R` _{1} ` TIMES I` _{REF} 이므로V` _{GS} `=`10V`-`R` _{1} ` TIMES10mA`=`2.4V이고R _{1} SIMEQ760 OMEGA임을 구할 수 있다.(C) 전류원으로 이용하기 위해서M _{`1}은 Saturation 영역에서 동작해야 한다. 이때M _{`1}이 Saturation 영역에서 동작하기 위한 조건을 설명하라. 이때,R _{L}의 최댓값을 구하여라.R _{L}값이 줄어들어도 상관없는지 설명하라.⇒M` _{1}이 Saturation 영역에서 동작하려면V` _{o} ` GEQV _{``GS} `-`V` _{T} `=V` _{OV} `을 만족해야 하므로V` _{o} ` GEQ2.4V`-`2.1V``=`0.3V 이어야 한다.R _{L}이 최대값을 가질 때R _{L}에서의 전압 강하가 가장 크게 일어나기 때문에V_o값도 최소값을 가지게 된다. 따라서R _{L} `=` {V` _{CC} `-`V` _{O}} over {I` _{O} `} `=` {10V`-`0.3V} over {10`mA} `=0.97`k ohm이다.R _{L}값이 줄어들면R _{L}에서의 전압 강하가 줄어들어V_o은0.3V보다 커진다.M _{`1}은 Saturation 영역에서 동작하기 위한 조건은V_0 GEQ0.3V이므로R _{L}값이 줄어들어도 그대로 동작한다.(D)I _{O} =I _{REF} =10mA인 전류원을 OrCAD로 설계하여 회로도를 제출한다. (R _{L} =500 ohm으로 설계)(E) PSPICE를 이용하여 시뮬레이션 하고, 시뮬레이션 값을 다음 표에 작성하라. (Bias Point로 설정하고 시뮬레이션한다. Voltage, Current display로 확인할 수 있다.)SimulationSimulationV_GS12.34VV_DS12.34VV_GS22.34VV_DS24.96VI_REF10.1mAI_O10.1mA(F) 전류원의 출력 저항R _{O}을 구하려고 한다. Saturation 영역에서R _{O} == {TRIANGLEV _{O}} over {TRIANGLEI _{O}} 이다. 실험할 경우,V _{CC} `=`10V 로 고정한다면,R _{O}를 어떻게 구할 것인지 설명하라.⇒위에서 설계한 회로도를 이용하여I_O,V _{O}값을 측정한다.I`` _{O} ``=` {V` _{CC} `-`V` _{O}} over {R` _{L}} ` 이고V _{CC} `=`10V으로 고정이기 때문에TRIANGLE I _{O}를 구하기 위해R_L를 조금 조정한다.R_L값을 조정한 후TRIANGLE V _{O}를 측정하고, 이 값을 이용해서TRIANGLE I`` _{O} ``=` TRIANGLE ( {V` _{CC} `-`V` _{O}} over {R` _{L}} `)= {TRIANGLE V` _{O}} over {TRIANGLE R` _{L}}를 구한다.이렇게 구한TRIANGLE I _{O},TRIANGLE V _{O} 값을 이용해서R _{O} == {TRIANGLEV _{O}} over {TRIANGLEI _{O}}를 계산한다.3.2 Cascode Current Mirror 설계(A) 그림 2의 회로와 같이I`` _{REF`} ``=`10`mA` 인 Cascode 전류원을 설계하기 위해서M _{``2}와M _{`4}의V _{GS}를 구하여라. 또한V _{GS}를 만족시키기 위한R _{1}값을 구하여라.⇒(A)에서와 마찬가지로(1/2)k _{n}(W/L) =104[mA/V ^{2} ]`이고,M` _{2}와M` _{4}에 흐르는 전류는 둘 다I _{REF}이므로 다음과 같이V_GS_2와V_GS_4를 구할 수 있다.I` _{REF} `=10`mA`=` {1} over {2} k _{n}^' (W/L) (V _{GS _{4}} `-`V _{`T} ) ^{2} ⇒V _{GS _{4}} = sqrt {{10m} over {104m}} +2.1 SIMEQ 2.4VI` _{REF} `=10`mA`=`{1} over {2} k _{n}^' (W/L) (V _{GS _{2}} `-`V _{`T} ) ^{2} ⇒V _{GS _{2}} = sqrt {{10m} over {104m}} +2.1 SIMEQ 2.4V,V_GS =V_GS_2 +V_GS_4이므로V _{GS} =4.8V이다.이 때V` _{GS _{4}} `=`V` _{DS _{4}} `=`V` _{DD} `-`R` _{1} ` TIMES I` _{REF}이므로`R` _{1} `=` {10V`-4.8V} over {10`mA} `=`520 ohm 이다.(B)I _{O} =I _{REF} =10mA인 Cascode 전류원을 OrCAD로 설계하여 회로도를 제출한다. (R _{L} =500 ohm으로 설계)

공학/기술| 2022.04.15| 6페이지| 1,000원| 조회(153)

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[A+][중앙대학교 전자회로설계실습] 실습7 Common Emitter Amplifier의 주파수 특성 예비보고서

전자 회로 설계 실습설계 실습 7. Common Emitter Amplifier의 주파수 특성과목명전자회로설계실습담당교수제출일2021.05.09작성자3.1 Common Emitter Amplifier의 주파수특성* 모든 계산결과는 반올림하여 유효숫자 세 자리까지만 사용한다.(A) 이전 실험의 2차 설계 결과회로(R_i추가)에 대하여 모든 커패시터의 용량을 10 uF으로 하고 CE증폭기에 100 kHz, 20 mVpp 사인파를 입력하였을 때의 출력파형을 PSPICE로 Simulation하여 제출하라. 모든 node의 전압과 branch의 전류가 나타난 회로도와 이때의 출력파형을 PSPICE로 Simulation하여 제출하라. 출력전압의 최대값(V_max), 최소값(|V _{min} |)은 얼마인가? �똔�V_max/|V _{min} |를 %로 구하라.⇒출력전압의 최대값(V_max) : 153mV출력전압의 최소값(|V _{min} |） : -160mVV_max/|V _{min} | = 95.6 %(B) 반올림하여 유효숫자 세 개로 다음 표를 작성한다.SimulationSimulationV _{B}4.29VI _{B}7.49uAV _{C}6.86VI _{C}1.03mAV _{E}3.63VI _{E}1.04mAV_max/|V _{min} |95.6%beta=I_C /I_B138amplifier gain-96.6~-92.5 [V/V]overallvoltage gain-16.1~-15.4 [V/V](C) 입력신호의 주파수가 10 Hz에서 10 MHz까지 변할 때 CE amplifier의 주파수 특성을 PSPICE로 simulation하여 그래프로 그려서 제출한다. 수평축은 로그스케일의 주파수로, 수직축은 로그스케일(dB)의 overall voltage gain(v_o /v_sig)으로 설정한다.(D) 입력신호의 주파수가 10 Hz에서 Unit gain frequency까지 변할 때 CE amplifier의 주파수 특성을 PSPICE로 simulation하여 그래프로 그려서 제출한다. 수평축은 로그스케일의 주파수로, 수직축은 로그스케일(dB)의 overall voltage gain(v_o /v_sig)으로 설정한다. 3 dB frequency 및 unity gain를 구한다.⇒Unit gain frequency : 약 247MHz3dB Frequency : 615Hz, 16.3MHzUnity Gain : 23.9 [dB]3.2 주파수특성에 대한R_E와 커패시터의 영향(A)R_E를 +10%, -10%로 변경하고 20 mVpp 사인파를 입력하였을 때 10 Hz에서 Unit gain frequency까지의 주파수 응답특성을 제출하라. Overall gain의 최대값, 그리고 3 dB bandwidth와 unity gain frequency를 구하라. 어느 특성이 3.1(d)의 결과와 달라지는지와 그 이유를 서술하라.⇒①R _{E}를 +10% 변경 :R _{E} = 3.85k OHMOverall Gain의 최대값 : 23.2[dB] -14.4V/V3 dB Bandwidth : 17.5MHzUnity Gain Frequency : 244MHz②R _{E}를 -10% 변경 :R _{E} = 3.15k OHMOverall Gain의 최대값 : 24.7[dB] -17.3V/V3 dB Bandwidth : 14.9MHzUnity Gain Frequency : 248MHzR _{E}값과 Overall Gain의 최대값, Unity Gain Frequency는 반비례하고,R _{E}값과 3 dB Bandwidth는 비례한다.Overall Gain의 식은G _{V} = {v _{o}} over {v _{sig}} =- {R _{IN }} over {R _{IN } +R _{sig}} g _{m} (r _{o} PVER R _{C} PVER R _{L} )으로 쓸 수 있고,R_in은R _{E}의 값과 비례하므로R_in가 커지면G_V도 커진다.R _{E} 가 커질수록i _{E} 가 작아지고,i _{E} (t)=C _{E} {dv _{E}} over {dt} 인데, 커패시터의 값은 일정하기 때문에 전압의 변화율이 작아지는 것과 같다. 즉, bandwidth가 커지는 것과 같기 때문에 따라서 bandwidth의 넓이는R _{E} 와 비례한다.(B)C _{E}만 0.1 μF으로 변경된 CE증폭기에 20 mVpp 사인파를 입력하였을 때 10 Hz에서 Unit gain frequency까지의 주파수 응답특성을 제출하라. Overall gain의 최대값, 그리고 3 dB bandwidth와 unity gain frequency를 구하라. 어느 특성이 3.1(d)의 결과와 달라지는지와 그 이유를 서술하라.⇒Overall Gain의 최대값 : 23.9 ?15.7V/V3 dB Bandwidth : 16.4MHzUnity Gain Frequency : 247MHzC _{E}를 0.1μF으로 줄이자 3dB Bandwidth의 크기가 줄어들었고, Highpass, Lowpass 3dB Frequency와 Unity Gain Frequency가 더 높은 주파수에서 나타났다. 커패시터의 용량이 0.1 μF로 충분히 크지 않아서 상대적으로 더 높은 주파수에서 커패시터가 open circuit에서 short circuit로 바뀌어 CE 증폭기가 정상적으로 작동하기 때문이다.(C)C _{E}만 0.1 μF으로 변경된 CE증폭기에 20 mVpp 사인파를 입력하였을 때 10 Hz에서 10 MHz까지의 주파수 응답특성을 제출하라.(D) 두 개의C _{S}만 0.1 μF으로 변경된 CE증폭기에 20 mVpp 사인파를 입력하였을 때 10 Hz에서 Unit gain frequency까지의 주파수 응답특성을 제출하라. Overall gain의 최대값, 그리고 3 dB bandwidth와 unity gain frequency를 구하라. 어느 특성이 3.1(d)의 결과와 달라지는지와 그 이유를 서술하라.⇒Overall Gain의 최대값 : 23.9 ?15.7V/V3 dB Bandwidth : 16.4MHzUnity Gain Frequency : 248MHz두 개의C _{S}의 크기를 0.1uF로 줄이니까 3dB Bandwidth의 크기가 줄었다. 커패시터의 용량이 작아져서 Cutoff Highpass 3dB Frequency가 더 커지고, 따라서 3dB Bandwidth가 감소한 것이다.(E) 두 개의C _{S}만 0.1 μF으로 변경된 CE증폭기에 20 mVpp 사인파를 입력하였을 때 10 Hz에서 10 MHz까지의 주파수 응답특성을 제출하라.(F) 다음 표를 작성한다.2차 설계R _{E}10% 증가R _{E}10% 감소C _{E}0.1㎌C _{S}0.1㎌G _{Vmax}-15.7 V/V-14.4 V/V-17.3 V/V-15.7 V/V-15.7 V/V3dB Bandwidth16.3 MHz17.5 MHz14.9 MHz16.4 MHz16.4 MHzUnity Gain Frequency247 MHz244 MHz248 MHz247 MHz248 MHz(G) 100 kHz, 20 mVpp 사인파를 이 증폭기에 인가하려면 function generator의 출력전압(Vpp)을 얼마로 설정해야 하는가? 앞의 “Oscilloscope와 Function Generator”에서 설명한 바와 같이 function generator의 화면에 표시되는 전압은 function generator의 출력단자에 부하R _{L}=50 Ω을 연결했을 때 이 저항에 걸리는 전압의 peak-to-peak 값이며 function generator의 내부에서는 그 두 배의 전압이 발생되고 있음을 명심하라.

공학/기술| 2022.04.15| 9페이지| 1,000원| 조회(219)

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