전지 12장 JFET 특성 및 바이어스 회로1. 실험결과.표시값100OMEGA100OMEGA1kOMEGA10kOMEGA측정값98.65OMEGA100.2OMEGA997OMEGA9.85kOMEGA표시값75kOMEGA330kOMEGA1MOMEGA측정값73.77OMEGA338kOMEGA1.014MOMEGA(1)포화전류`I _{DSS} 와``핀치오프`전압`V _{P} 의`측정V _{R} =0.9V````,I _{DSS} =9mA,`V _{p} =-4V#V _{GS} =3.5V일때`핀치오프가`발생하였다.(2)V _{GS} 와`I _{D} 의`전달특성과`출력특성VGS 표시값VGS=0VGS=-1VGS 측정값0V-1.04VVDS(V)ID(mA)ID(mA)표시값측정값0V000.041V14.962.822V2.027.353.823V2.988.254.14V4.058.594.216V5.998.814.348V7.948.824.410V9.988.864.44VGS 표시값VGS=-2VGS=-3VGS 측정값-1.98V-3.07VVDS(V)ID(mA)ID(mA)표시값측정값0V00.0201V11.0602V2.021.203V2.981.2604V4.051.306V5.991.3508V7.941.38010V9.981.410(3)V _{DS} 변화에 대한 트랜지스터 출력 저항측정값3.01V표시값10.01VrdID(mA){TRIANGLE V _{DS}} over {TRIANGLE I _{D}}0V7.338.6135455.96-1V3.7224.5458505.47-2V1.0571.65411725.29-3V000-4V000(4) JFET 바이어스 회로1 (Self-bias)VGSVDSVGVSVDISID-1.87V9.67V0.88V1.5V12.14V1.05V1.622VIDQ=1.622VGSQ=-1.892(5) JFET 바이어스 회로2 (Voltage Divider)VGSVDsVGVS=VRSVDVRDID-1.2757.872.894.0312.493.5083.45mA2. 검토 및 토의이번 실험은 JFET의 입출력 관계인 전달특성을 이해하고, BJT와 다르게 동작하는 바이어스 개념을 확인하는 것이었다.(1),(2)실험에서 JFET의 pinch off 상태를 확인하기위한 실험을 진행하였다.(1)아래 그림처럼 ID값이 계속 증가하는 것이 아니라 특정구간에서 미미하게 상승되는 것을 확인 할 수 있는데 이 부분을 pinch off상태로 부른다.그래프 뿐만 아니라 (2)표 역시 VGS=-3이 넘어가면 더 이상 ID값이 0이 되므로 pinch off상태를 알 수 있다.또한 (3),(4)을 통해 JFET회로마다 동작점(Q)이 달라지는 것을 보고 확인 할 수 있다.추가로 BJT와 JFET의 차이를 설명하자면BJT는 바이어스 전압에 따라 베이스-에미터 접합을 통해 콜렉터-에미터 전류를 제어하는 방식으로 동작한다. 따라서 BJT는 전류 제어 속도가 빠르고, 높은 신호를 증폭하는 용도에 사용된다.반면, JFET는 게이트와 소스 사이의 전압에 따라게이트-소스 저항을 조절하여 소스-드레인 전류를 제어하는 방식으로 동작한다. JFET는 고입력 임피던스, 저잡음, 등의 특징을 가지고 있어서, 대역폭이 작은 신호를 증폭하는 용도로 사용된다.이번 실험으로 JFET의 특징을 알게되었다.실험을 하면서 오차가 발생하였는데 첫 번째 저항같이 정확한 값을 가지고 있지 않는 소자로 실험을 진행하였다.두번쨰는 DMM으로 측정하는 도중 다른 연결 부위에 단락되어 전위차가 발생하여 오차가 발생할 수 있다.세 번째는 전압을 인가할떄 책에 주어진 회로와 달리 정확한 전압을 인가하지 못하여 오차가 발생하였다.
전자10장 공통 베이스 및 콜렉터 트랜지스터 증폭기1. 실험결과표시값15kOMEGA30kOMEGA15uF100uF측정값14.89kOMEGA29.8kOMEGA12.2OMEGA93.8OMEGA(5) Emitter Follower(EF) 직류 바이어스-책과 다르게 실험때 IE를 4mA에서 3mA로 수정(이론값 기입x)트랜지스터VR1VR2VREVBVEVCE2N39049.47V6.67V6V6.67V6.02V10V트랜지스터ICIEre2N39043.6mA3mA8.67(6)Emitter Follower(EF) 교류 전압 이득그림 10-6 EF 증폭기의 주파수 변화에 따른 전압이득과위상 변화표 10-5Av(무부하)Av(10k옴부하)ZiZ010.991974OMEGA8.67OMEGA그림 10-6 EF회로의 입력 및 출력 파형(부하 10kOMEGA X)그림 10-6 EF회로의 입력 및 출력 파형(부하 10kOMEGA)(7)~(8) 입력 &출력 임피던스V _{L} =1.467V```,`V _{o} =1.45V,`V _{i} =1.31V``,`V _{sig} =1.45V2. 검토 및 토의이번 실험은 공통 베이스와 공통 콜렉터 증폭기 회로들의 전압증폭과 입출력 임피던스를 측정하여 회로들의 특성을 확인하는 것이지만 Emitter Follower직류 바이어스만 사용하여 실험을 진행하였다.EF회로는 직류 바이어스 설정으로 베이스-에미터 PN 접합과 콜렉터-에미터 PN 접합 모두에 적용된다. 이를 통해, 낮은 임피던스 입력 신호를 높은 임피던스 신호로 변환하고, 높은 임피던스 출력 신호를 낮은 임피던스 신호로 변환이 가능하며 임피던스 매칭을 향상시킨다.표 10-5에서 전압이득이 1배 증가한 것을 확인할 수 있는데 이는 입력 신호와 출력 신호의 크기가 9장에서 실험하는 공통 에미터 교류 전압과 다르게 전압이득이 낮다는 것을 확인 할 수 있다.전압이득이 고작 1배밖에 안되어서 왜 쓰는지 의문을 가질수 있는데 EF회로를 쓰는 이유는 안정성과 신뢰성이다. 콜렉터 전류가 일정한 값을 유지하면서 입력 신호의 변화에 따라 에미터 전류가 변화하기 때문이다. 또한, 콜렉터와 전원 사이에 접합이 정상적으로 역방향 편향되어 있으므로, 온도 변화나 외부 잡음 등에도 민감하지 않아 안정적이고 신뢰성이 높다.오실로스코프로 측정한 파형을 보면 EF회로는 위상변화가 없는 것을 확인 할 수 있다.또한 전압이득이 1에 수렴할 것으로 봐서 실험이 성공했다고 생각할 수 있다.실험에서 오차가 발생하였는데 오차원인은 첫 번째 저항같이 정확한 값을 가지고 있지 않는 소자로 실험을 진행하였다.두 번쨰는전압강하V _{BE}의 영향이다.EF회로에서는 베이스-에미터 접합의 전류가 흐르기 위해 역방향으로 설치 되어있는데 여기서전압강하V _{BE}가 크게 영향을 미친다. 따라서 VBE값이 조금만 변동하게 되어도 직류 바이어스의 전압에 큰 영향을 주고 오차원인이 된다.
전자9장 공통 에미터 트랜지스터 증폭기1. 실험결과표시값680OMEGA1kOMEGA2kOMEGA3kOMEGA3.3kOMEGA30kOMEGA15uF100uF측정값678OMEGA997OMEGA1.967kOMEGA3kOMEGA3.27kOMEGA29.8kOMEGA12.2OMEGA93.8OMEGA(1)공통 에미터 전압 분배기 바이어스표 9-1 공통 에미터 회로의 직류값트랜지스터VRB1(V)VRB2(V)VRE(V)이론측정이론측정이론측정2N390416.5616.583.443.432.742.77트랜지스터VRC(V)VB(V)VE(V)이론측정이론측정이론측정2N39048.017.983.43.42.742.78트랜지스터IB(uA)Ic(mA)IE(mA)VCE(V)이론측정이론측정이론측정이론측정2N3904-490-49344.054.024.089.259.31(2)공통 에미터 교류 전압 이득C _{E} 가``없는`A _{V} `의`이론`값(아래사진)C _{E} 가``있는`A _{V} `의`이론`값(아래사진)표 9-2 공통 에미터 회로의 교류 증폭 및 입출력 임피던스Av(CE없음)Av(CE있음)ZiZ0-2.91-2758801980(3)교류 입력 임피던스 : Zi그림 9-5 공통 에미터 회로V _{sig} =1.289V`````V _{i} =1.289V`가`나온다2. 검토 및 토의이번 실험의 목적은 공통 에미터 증폭기 회로에서 부항 저항값에 따른 전압 증폭과 입출력 임피던스의 변화를 측정하는 것이다.전압이득이 발생하는 원리는 입력신호는 베이스로 공급됨에 따라 베이스와 에미터 사이의 전류가 증가 되고 이때 콜렉터와 에미터의 전압이 증가하면서 콜렉터의 전류가 증가되고 전압이득이 발생한다.표 9-2에서 Av가 275배 증가한 것을 확인할 수 있는데 이는 입력 신호와 출력 신호의 크기가 100배이상 증폭되는 것을 의미한다.출력 임피던스는 콜렉터 전류의 변화에 대한 출력 전압의 변화를 측정한 값으로, 공통 에미터 트랜지스터 증폭기는 낮은 출력 임피던스를 가진다. 이는 증폭된 출력 신호가 다른 회로로 전달될 때 손실이 적어지고, 전력 손실이 적어진다는 장점이 있다.공통 에미터는 트랜지스터 회로에서 Av(전압이득)이 발생하는 것을 보아 실험은 성공하였다고 말할 수 있다.실험에서 오차가 발생하였는데 오차원인은 첫 번째 저항같이 정확한 값을 가지고 있지 않는 소자로 실험을 진행하였다.두번째 적정한 바이어스 설정하지 않은 것이다.바이어스 전압이 너무 낮으면 전류 증폭이 부족하여 출력 신호의 왜곡이 발생하고, 바이어스 전압이 너무 높으면 전류가 과다하게 흘러서 트랜지스터가 손상될 수 있다.
전자 6장 쌍극성 접합 트렌지스터(BJT) 특성1. 실험결과.표시값1kOMEGA1kOMEGA330kOMEGA측정값992OMEGA997OMEGA338kOMEGA단계 번호양음단계 1저항 측정/단계(2) 임계전압측정112단계(1):0단계(2):0221(1):5.75kOMEGA(2) 638.mV313(1):0(2):0431(1):0(2):0523단계(1):5.353kOMEGA단계(2):614.7mV632(1):0(2):0단계(1)단계(2)단계 1,2의 ⑦베이스 단자22단계 1,2의 ⑧트랜지스터 단자NPNNPN단계 1,2의 ⑨(a)콜렉터 단자33단계 1,2의 ⑨(b)에미터 단자11단계 2의 ⑧트랜지스터 재료silicon이론전압VRBIBVCEVRCICIEabVBE/IBVCE/IC3.3003.37013.0002.0100.4490.4460.4590.97234.31051k4506.7303.3003.35512.9004.0290.5940.5930.6060.97945.97051860.5006764/273.3003.33012.2006.2100.8140.8350.8470.98668.44055327.9007437.1303.3003.26012.00010.1201.6621.6921.7040.993141.00057666.7005981.0906.6006.58021.0002.0704.7130.6210.6420.96729.57031761.9003333.3306.6006.58020.9004.0504.8901.4131.4350.98567.61032966.5002866.2406.6006.59021.4005.9404.7001.6871.7080.98778.83232710.2803521.0436.6006.59021.40010.0205.8002.4672.4890.991115.28032897.2003299.5506.6006.59021.00014.0106.6401.9802.0000.99094.29030238.1009131.3109.9009.92030.7002.0305.8001.7741.8050.98757.79022638.4001144.3109.9009.92030.6004.0506.6402.2682.2980.98774.12022941.2001789.7109.9009.92030.1008.0106.9306.9966.9940.996231.43023853.800871.3809.9009.92030.7009.9607.0608.0908.1210.996263.51822801.3031144.94013.20013.18040.8001.9809.6004.8784.9190.992119.55917156.8631231.15013.20013.29039.9803.9909.7006.8706.9100.994171.83617508.754405.90413.20013.22040.1005.9209.8709.7809.8200.996243.89017456.359580.78613.20013.19040.0807.98010.10010.78010.8200.996268.96217465.070605.31716.50016.65050.8002.08011.9003.7623.8120.98774.06013641.700552.90016.50016.67050.2004.39011.9005.0605.1110.990100.80013745.000859.68016.50016.63050.3006.12012.10011.72011.7970.996233.20013578.500521.740오실로스코프를 이용한 트랜지스터 출력 특성곡선Q1:쌍극성 접합 트렌지스터(BJT) 특성에서 베타값이 VCE가 증가함에 따라 증가하는지 아니면 감소하는지 물리적인 이유를 설명하라A1:BJT의 조작 영역은 크게 Active, Saturation, 그리고 Cut-off 영역으로 나눠진다. Active 영역에서는 베이스 전류가 컬렉터 전류의 증폭을 유발하며, 이때 베타값은 일반적으로 일정하다. 그러나 VCE가 증가하면 컬렉터와 베이스 사이의 전위차가 증가하게 되고, 이는 BJT 내부의 pn 접합 영역에 더 큰 역방향 전위를 인가하게 됩니다. 이는 조금씩 pn 접합의 유효 길이를 줄이게 되고, 이로 인해 pn 접합 영역에서 전하의 수가 적어져서 전류 증폭 효과가 감소한다다. 이는 결과적으로 베타값이 감소하게 된다.Q2: 실험에서 가장 큰 베타값이 어떤 영역인지 VCE와 IC의 관계된 값을 사용하여 설명하여라A2:BJT가 작동하는 영역에는 포화 영역(saturation region), 직선 영역(linear region) 및 커트 오프 영역(cutoff region)중 직선영역에서 가장 크다. 영역에서 BJT는 작은 변화에도 큰 IC 변화를 나타난다.직선 영역에서는 VCE가 증가할수록 IC가 더 증가하므로 베타값이 높아진다. 그러나 포화 영역에서는 VCE의 변화가 IC에 거의 영향을 주지 않으므로 베타값은 상대적으로 낮아진다. 따라서 쌍극성 접합 트랜지스터를 최대한 선형 영역에서 작동시켜 최대 베타값을 얻을 수 있다.2. 검토 및 토의이번 실험은 트랜지스터의 종류아 단자를 구분하는 방법 및 트랜지스터의 출력 특성을 나타내는 알파와 베타 값을 측정하는 것이었다. 트랜지스터에 양 음 순으로 저항을 측정하여 트랜지스터 중간이 베이스임을 확인하였다 또한 단자의 DMM 값이 개방이어서 NPN 트랜지스터인 것으로 확인되었다. 또 트랜지스터의 알파,베타 값을 구할 때 키르히로프 법칙의 관계식이 성립함을 볼 수 있었다. 관계식은{1} over {alpha } = {I _{E}} over {I _{C}} =1+ {I _{B}} over {I _{C}} =1+ {1} over {beta } = {beta +1} over {beta } 이다.#이를`이용하여`결국#alpha = {beta } over {beta +1} ,` beta = {alpha } over {alpha -1} 인`것을`확인할`수`있었다.또한 실험 값에서도 공통 이미터 전류 이득 베타. 공통 베이스한 알파는 IC 값이 커야 이득이 크다는 것을 실험을 통해 확인할 수 있습니다.이번 실험을 통해 트랜지스터의 작동원리를 다시 확인하게 되었다.실험을 하면서 오차가 발생하였는데 오차원인은 첫 번째로 온도 효과: BJT의 전류 증폭 특성은 온도에 민감한데 온도가 변하면 전류 증폭 계수가 달라지므로 BJT의 특성 값도 달라진다.두 번째로 베이스-에미터 전압(VBE) 영향: BJT의 전압 증폭 특성은 베이스-에미터 전압(VBE)에 의존합니다. VBE가 변하면 BJT의 전류 증폭 특성도 변하므로 이 역시 특성 값의 차이를 발생시킵니다.세 번쨰로 기계적 스트레스: BJT가 기계적인 스트레스(압력, 굽힘, 진동 등)를 받으면 전극 사이의 거리가 변화하여 전기적 특성 값이 달라집니다.네 번쨰로 노이즈: BJT는 작은 신호를 증폭하는 장치이므로 소음도 큰 문제가 됩니다. 이러한 소음이 전기적 특성 값에 영향을 미칩니다.다섯 번째로 DMM의 입력저항의 영향:DMM의 입력 저항이 높아서 발생하는 부작용 중 하나는 회로의 상태나 전압 변화에 따라 측정값이 변할 수 있다는 것입니다. 이러한 현상은 DMM의 입력 저항과 측정 대상 회로의 저항값, 전압이나 전류 변화에 의존합니다. 따라서 측정 시에는 이러한 부작용을 고려해야 합니다.여섯 번째로 제조공정 오차: 제조 공정에서 발생하는 오차로 인해 같은 종류의 BJT라 하더라도 특성 값이 조금씩 차이가 발생할 수 있습니다.따라서 오차를 줄일려면 첫째로 조용한 환경에서 실험을 진행하고 두 번째로 DMM으로 전압을 측정하는 대신 전류를 측정하여 전류*저항값으로 전압을 계산합니다.세번째로 정확한 소자 값을 가지고 실험을 진행합니다.
5.망로 전류 및 마디 전압을 이용한 회로해석20191888 강건우1. 실험결과표 5-1 저항 측정 값표시Vs330Ω100Ω100Ω100Ω100Ω100Ω100Ω측정값10.06V325Ω98.76Ω98.53Ω98.65Ω99.19Ω98.94Ω99.07Ω표5-2 저항의 전압강화와 전류측정저항저항값저항에 걸리는 전압저항에 흐르는 전류망로 전류 계산 값이론측정이론측정이론측정R1330Ω8.914V8.232V24.83mA25.12mAI124.83mA25.12mAR2100Ω1.806V1.814V18.059mA18.13mA%오차1.17%R3101Ω0.667V0.678V6.772mA6.83mAI26.772mA6.83mAR4102Ω0.451V0.454V4.515mA4.52mA%오차0.86%R5103Ω0.226V0.226V2.257mA2.29mAI32.257mA2.29mAR6104Ω0.667V0.678V6.772mA6.83mA%오차1.46%RL105Ω0.226V0.226V2.257mA2.28mAIL0.226mA0.226mA표 5-3 망로 전류법 입증망로1망로2망로3Vs+VR1+VR2VR2+VR3+VR4+VR6VR4+VR5+VR60.046V0.004V0.002V표 5-4 마디 전압법을 이용한 회로 측정마디마디에 걸리는 전압마디에 흐르는전류의 합이론측정전류이름이론측정Va1.806V1.8VIR1+IR2+IR300.16mAVb1.126V1.12VIR3+IR4+IR500.02mAVc0.677V0.67VIR4+IR6+IRL00.025mAVab0.677V0.67VVbc0.451V0.44V(1)그림 5-3회로에서 전압원의 극성이 반대로 된다면 각 저항에 흐르는 전류의 크기와 방향에 어떤 영향을 미치는지 설명하라.전압원의 극성이 반대로 변해도 저항의 값은 변하지않으므로 |전류값|은 변하지 않을 것이다. 하지만 회로에진행방향이 반대로 되어서 이전의 +I값이 -I값을 가지는 것과 같이 반대 부호의 값을 가질 것이다.(2)Super Mesh와 Super Node란 무엇이고 어떤 회로에서 이 방법을 사용하는지 설명하여라Super Mesh:mesh current방법으로 회로를 분석하고 mesh가 겹쳐있는 부분에 전류원이 존재하는 경우, 그 두 mesh를 통틀어 supermesh라 한다. 다음과 같은 회로에 supermesh가 존재한다.장점: supermesh인 두 mesh를 합쳐 하나의 loop로 만들고 KVL을 돌리면 두개의 mesh equation을 하나로 줄일 수 있다.Super Node:노드 볼티지 방법으로 회로를 분석할때, 임의로 정한 GND가 전압원(독립&종속 전압원)과 접촉되지않은 경우, 전압원 양단의 두 노드를 Supernode라 한다. 예를 들면, 다음과 같은 회로에 Supernode가 존재한다.장점: supernode인 두 노드를 각각 다른 노드로 취급하되, node equation을 만들때 두 노드를 한 노드처럼 취급하여 방정식을 세울 수 있다.2. 검토 및 토의- 실험을 통해서 망전류법을 이용한 회로의 해석을 알아 보는 실험 이었다. 복잡한 회로에서 망 전류법이 아닌 옴의 법칙과 키르히호프의 전류 및 전압 법칙만으로 식을 해석하려 하면 많은 시간이 소요된다. 하지만 망 전류법을 이용해 연립방정식으로 식을 세우면 복잡하던 식들이 제거 되어 간단하게 회로를 해석할 수 있다. 그리고 망 전류법을 쓸 때 전류의 방향을 시계 방향으로 한다. 그리고 만약 저항기에 하나 이상의 전류가 구해지는 경우에는 이들의 대수 합이 실제 전류가 된다는 것을 알았고 저항기의 전압강하를 구할 때도 2개의 전류가 저항기에 흐르면 만약 저항기에 흐르는 전류의 방향이 각각 다르면 원래 망전류를 통해 일어나는 전압강하에 다른 망전류에 의해 일어나는 전압강하를 빼줘야 한다. 표 5-3을 보면 폐회로의 전압을 모두 더 하면 0에 근사하게 나오는 것을 확인할 수 있다.따라서 이 회로에도 KVL이 적용 된다는 것을 시험을 통해 확인 할 수 있다.또한 표5-4을 보면 마디에서 나온 전류의 값은 모두 더하면 0에 가깝게 나오는 것을 확인 할 수 있다.따라서 이 회로에도 KCL이 적용 된다는 것을 시험을 통해 확인 할 수 있다. 이론값의 오차율 0%가 나오지만 측정값의 오차율 0%에 근사한 값이 나왔다. 이번 실험의 오차가 측정값과 이론 값의 오차가 발생한 원인은 첫째로 표5-1 저항값과 같이 저항,전압,전류와 같은 실험 장비가 정확한 값을 가지고 있지 않아서 오차가 발생하였고 오차가 발생한 값으로 실험을 진행하여 오차가 발생되었다. 두 번쨰는 기계에서 최대 소수 세자리 수 까지만 값이 측정되어 생략된 값으로 계산을 하여 오차가 발생하였다. 세 번쨰로는 전류계는 각 저항에 직류연결이 됩니다. 그리고 전압계에는 아주 적지만 내부저항을 갖고 있습니다. 따라서, 직류연결 시 각 저항의 합성저항 값은 더해지므로 옴의 법칙에 의해 전압이 일정할때, 저항이 커지면 흐르는 전류의 값은 당연히 적어질 수 밖에 없다. 이런 오차를 줄이기 위해서는 첫째로 실험 장비를 오래된 것이 아닌 가능한 새 장비로 실험을 진행하면 오차를 줄일 수 있을 것이다. 둘째로 값을 측정할 때 소수점을 더 자세히 측정하기위해 소수점자리를 많이 측정할 수 있는 기계로 측정하면 오차를 줄일 수 있을 것이다.