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서강대 고급전자회로 실험 - 실험1 소신호 증폭기 결과보고서 평가A+최고예요

고급전자회로 실험 예비/결과 보고서실험 1. 소신호 증폭기분반학번이름조학번이름시작종료실험시작/종료시간 기재(통계 목적임)예비보고서는 아래 양식에서 ‘1. 실험결과’에 시뮬레이션 결과를 입력하여 제출한다. 결과보고서는 예비 보고서에 측정결과 및 분석을 추가하고, ‘2. 고찰사항’을 작성하여 제출한다.1. 실험결과1. 실험회로 11.1 실험회로 1과 같이 구성하되, 입력 신호v _{SRC}와R _{L}은 연결하지 않는다.a) 실험회로 1의 DC 바이어스 전압? 시뮬레이션 회로도? DC 바이어스 전압, 전류바이어스V _{B} (V)V _{C} (V)V _{E} (V)I _{C} (μA)I _{E} (μA)g _{m} (mS)A _{v}(V/V)I _{B} (μA)beta시뮬레이션2.0915.7511.480147.7148.05.908-129.9760.3003491.841측정2.0805.9121.495147.682149.55.907-129.954오차율(%)0.532.801.010.0121.010.0170.017b) 실험 1.1 분석실험 1.1에서는 npn BJT가 공통 에미터 증폭기로 동작하기 위한 DC 바이어스 전압 조건을 확인하고 전압 이득을 포함한 소신호 파라미터를 구해보고자 하였다.우선, 이 회로가 공통 에미터 증폭기로 동작하기 위해서는 BJT가 active 영역에 있어야 한다. 이때, 베이스 에미터 전압 VBE와 콜렉터 에미터 전압 VCE가 이론상 약 0.6V와 0.3V가 되어야 한다. 측정한 베이스 에미터 전압 VBE=VB-VE는 0.585V으로 active 영역에 있음을 확인할 수 있었다.다음으로, 소신호 파라미터 값은 다음과 같이 구하였다. 트랜스컨덕턴스는g _{m} = {I _{c}} over {V _{T}}로 구하였고 전압이득A _{v}는, output impedance인R _{C``2}=22k를 고려하여A _{v} =-g _{m} R _{C``2} 임을 통하여 구하였다.최대 오차율 2.80%로 실험에 사용한 소자에 기본적으로 오차가 있고 멀티미터도 8.69V/V로 큰 전압이득을 보였고 오차율 5.24%로 시뮬레이션과도 비슷한 값이 나왔다.다음으로C _{e}를 제거한 경우 전압이득이 4.290V/V로 급격하게 작아졌고 시뮬레이션 결과와 오차율도 99.48%로 엄청 큰 오차를 보였다.만약, 소신호 입력이 트랜지스터의 베이스에 인가될 때C _{e}가 존재하지 않으면 베이스 입력의 소신호 전류에 의해 콜렉터 전류가 증가하거나 감소할 때, 베이스에서의 신호전압과 동일한 위상을 가진 소신호 전압의 일부분이R_E의 양단에 걸리게 되어, 베이스-에미터 단자 양단에 걸리는 전압이 상대적으로R_E가 없는 경우보다 작게 된다. 결과적으로, 트랜지스터가 더 낮은 입력 소신호 전압을 등가적으로 보게됨에 따라 콜렉터의 출력신호가 낮게 되어 증폭기의 소신호 이득이 상대적으로 낮아지게 된다.C _{e}의 임피던스가 증폭기가 동작하는 소신호 주파수 영역에서R_E의 저항보다 훨씬 작게 되면C _{e}는 소신호 전류에 대해서는 낮은 임피던스 경로가 되어R_E는 바이패스되어 교류신호 성분의 감쇄가 무시할 정도로 작아지게 된다. 결과적으로 소신호 이득이 증가한다. 이러한 이유로 이번 실험에서도C _{e}가 있을 경우에는 전압이득이 118.69V/V로 크지만 없을 경우 4.290V/V로 급격하게 줄어드는 것을 확인할 수 있었다.C _{e}가 없을 경우v _{OUT}의 파형을 보면 노이즈가 많이 껴서 굉장히 불안정하게 측정되었다.C _{e}가 노이즈에도 영향을 미친다는 것을 예상해 볼 수 있고 이런 노이즈로 인해서 오차율이 커진 것으로 추정된다.1.3 입력 신호v _{SRC} (진폭 10 mV, 주파수 1 kHz)를 인가하고R _{L}을 아래와 같이 연결한다.a)R _{L}에 따른 전압 이득 변화R _{L} ( OMEGA )시뮬레이션측정100 k10 k1 kR _{L} ( OMEGA )100 k10 k1 k전압 이득 (V/V)시뮬레이션1.8924/0.02=94.62767.912/20=38.3956110.015/20=5.50075측정2020/20율 6.74%로 시뮬레이션 결과와도 비슷하게 나왔다.출력 저항을 계산하기 위해서는 입력 전압은 shrot 시키고 출력단에 test voltage를 인가한 뒤 전류를 측정하여R _{out} = {V _{X}} over {I _{X}}값을 계산해 주면 된다.이번 실험에서는 전체적으로 오차율이 작게 나왔다. 약간의 오차는 우선 실험에 사용한 소자들이 기본적으로 오차를 가지고 있기에 발생한다. 저항에도 오차가 있고 트랜지스터도 온도 등에 의한 오차가 있다. 또한 측정에 사용한 오실로스코프의 내부 저항도 오차에 영향을 미쳤을 것이다.2. 실험회로 22.1 실험회로 2와 같이 구성하여v _{SRC}를 연결한다.- 회로도a)R _{L}에 따른 전압 이득R _{L} ( OMEGA )100 k10 k1 k100전압 이득 (V/V)시뮬레이션108.62108.16103.44843.661측정12111910734오차율(%)11.4010.023.4322.13* 시뮬레이션- 100k인 경우최댓값 : 942.605mV최솟값 : -1.2298V출력 전압(Vpeak) : {942.605mV-(-1229.8mV)}/2=1086.2025mV입력 전압(Vpeak) : 10mV전압 이득 : 108.62V/V- 10k인 경우최댓값 : 938.812mV최솟값 : -1.2244V출력 전압(Vpeak) : {938.812mV-(-1224.4mV)}/2=1081.606mV입력 전압(Vpeak) : 10mV전압 이득 : 108.16V/V- 1k인 경우최댓값 : 903.258mV최솟값 : -1.1657V출력 전압(Vpeak) : {903.258mV-(-1165.7mV)}/2=1034.479mV입력 전압(Vpeak) : 10mV전압 이득 : 103.448V/V- 100인 경우최댓값 : 636.382mV최솟값 : -236.834mV출력 전압(Vpeak) : {636.382mV-(-236.834mV)}/2=436.608mV입력 전압(Vpeak) : 10mV전압 이득 : 43.661V/V* 측정- 100k인 경우전압이신호가 큰 전압 swing을 가지게 될 경우 BJT가 active 영역에서 동작하지 않게 되는 경우가 생기고 이 경우 출력이 saturation되어서 클리핑이 생긴다.d) 실험 2.1 분석 (실험 1.3과 실험 2.1의 결과 비교. 공통 컬렉터 단의 전압 이득 및 역할)실험 1.3에서는 저항 값이 변화함에 따라 gain이 급격하게 변하였다. 실험 2.1의 경우 저항이 100kΩ, 10kΩ, 1kΩ으로 바뀔 때 gain이 거의 변하지 않았고, 저항이 100Ω일 때 gain이 급격하게 감소하였다. 그 이유는, 부하저항과 병렬 연결된 저항 R5 때문이다. 출력 단자에 걸리는 전압은 출력 저항 ro와, 저항 R5 및 그에 병렬 연결된 부하 저항에 걸리는 전압의 계산을 통해 얻을 수 있다. R5와 RL을 제외한 전체회로의 출력 저항은 약 44Ω으로 매우 작은 값을 가진다. 따라서 output voltage의 전압의 대부분이 부하저항과 병렬 연결된 저항 R5에 걸린다. 부하 저항이 출력 저항 ro와 비슷한 수준인 100Ω 정도인 경우에는 44Ω과의 voltage division으로 인하여 gain값이 작아진다.공통 컬렉터 증폭기의 경우 전압 이득은 1에 가깝고 출력 저항이 작다는 특성을 가지고 있다. 출력 저항이 작으면 부하저항에 큰 전압을 인가할 수 있게 된다. 즉, buffer로써의 역할을 수행할 수 있다. 공통 컬렉터 단을 연결하면 공통 에미터 증폭기의 단점(큰 출력 저항)을 보완할 수 있다.2.2v _{SRC} (진폭 10 mV),R _{L} = 10k를 연결한다.a) 입력주파수에 따른 전압 이득 (크기와 위상)주파수 (Hz)1101001 k10 k100 k1 M전압 이득 (V/V)시뮬레이션12.66083.337108.131108.503108.503108.19886.565측정*************0오차율(%)5.435.9910.606.2942.24* 측정 결과(CH1이 입력, CH2가 출력)- 주파수 100Hz인 경우전압 이득 : 2280/20 = 114V/V위 증폭기가 제대로 동작을 하지 않게 된다. 입력 신호의 주파수가 100Hz부터 100KHz가 될 때까지는 100V/V 이상의 전압 이득을 가지며 이는 소신호 증폭기로써 제대로 동작한다는 것을 보인다. 하지만 입력 신호의 주파수가 1MHz 정도로 너무 높아진 경우 전압 이득이 다시 감소하는 것을 알 수 있다. 이렇게 증폭기 회로에서 증폭기가 정상적으로 동작할 수 있는 입력 신호의 주파수 범위를 대역폭( bandwidth)이라 한다. 이 증폭기의 BW는 약 100KHz라고 볼 수 있다. 공통 에미터 증폭기의 경우 전압 이득 공식이 ?gm(ro//RC1)이다. 여기서 마이너스 부호 때문에 입력 전압과 출력 전압의 위상차가 180°가 된다. 그렇기 때문에 위의 실험에서도 1MHz 이전까지 모두 180°의 위상차를 보였던 것이다. 다만 주파수가 너무 높아지면 위상차가 뒤틀리게 된다. 그렇기 때문에 실험에서 1MHz의 주파수의 경우 115.2°의 위상차를 보였다.2.3v _{SRC} (주파수 1 kHz),R _{L} = 10 k를 연결한다.a) 입력 전압 진폭 (25 mV, 50 mV, 100 mV)에 따른v _{OUT} 파형? 시뮬레이션- 25mV일 때최댓값 : 1.8648V최솟값 : -3.7731V출력 전압 : 5.6379Vp-p- 50mV일 때최댓값 : 2.6547V최솟값 : -4.0376V출력 전압 : 6.6923Vp-p- 100mV일 때최댓값 : 3.0678V최솟값 : -4.0462V출력 전압 : 7.114Vp-p? 측정- 25mV일 때전압이득 : 5440 / 50 = 108.8 V/V- 50mV일 때전압이득 : 6960 / 100 = 69.6 V/V, 왜곡 발생- 100mV일 때전압이득 : 7280 / 200 = 36.4 V/V, 왜곡 발생b) 실험 2.3 분석 (신호 왜곡이 언제 발생하고 그 이유)입력 신호의 크기가 25mV일 때는 아무런 신호의 왜곡 없이 증폭기가 잘 동작하였다. 하지만 입력 신호의 진폭이 50mV가 되자 출력 신호에 왜곡이 발생하였다. 그다.

공학/기술| 2015.06.18| 12페이지| 2,000원| 조회(348)

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서강대 고급전자회로 실험 - 실험6 PC 및 Matlab을 이용한 음성신호 입력 및 출력 - 예비보고서 평가A좋아요

고급전자회로 실험 예비 보고서실험 6. PC 및 Matlab을 이용한 음성신호 입력 및 출력분반학번이름조학번이름시작종료실험시작/종료시간 기재(통계 목적임)1. 예제 (1)코드는 다음과 같다.wavread function으로 음원 파일을 불러와 sample rate (Fs) in Hertz로 y에 저장하였다.sound 함수로 이 음원의 소리를 출력하였고 plot 함수로 Figure 1과 같이 파형을 출력하였고 spectrogram 함수로 Figure 2처럼 spectrogram을 출력하였다.2. 예제 (2)- codeFs=1000;n=0:0.001:1;Vx=chirp(n,10,1,100); % 10Hz부터 100Hz까지 linear하게 증가. 1초 때 100Hz가 되도록 설정figureplot(Vx);xlabel('n')ylabel('Vx')figure % x축은 n, y축은 VX로 하여 VX를 그림으로 나타냄spectrogram(Vx,256,250,256,Fs); % Vx를 spectrogram으로 나타냄- 결과3. 예제 (3)코드는 다음과 같다.만든 signal을 sound 함수로 음성 출력하였고, plot 함수로 Figure 1과 같이 파형을 출력하였고 spectrogram 함수로 Figure 2처럼 spectrogram을 출력하였다.4. Matlab function인 spectrogram()에 대해서 조사. 예제를 만들어 코딩 및 결과 제출spectrogram은 시간에 따라 변하는 소리나 다른 신호를 주파수 스펙트럼으로 보여준다. Fourier transform은 해당 신호를 주파수 영역에서 보았을 때 어떤 주파수 성분을 얼마만큼 가지고 있는지 표현해준다. 만약 시간의 흐름에 따라 신호의 주파수가 변한다면 short time fourier transform(STFT)이 필요하다. 즉 윈도우를 정하고, 윈도우를 계속 이동하면서 시간 변화에 따른 주파수 정보를 얻어내는 것이 목적이고, spectrogram은 이러한 STFT를 제공한다.S = spectrogram(X,WINDOW,NOVERLAP,NFFT,Fs)S : S에 STFT의 결과를 저장함.X : X는 입력 signalWINDOW : window 설정NOVERLAP : window를 취하면서 샘플을 선택하는데 overlap 되는 샘플의 개수NFFT : discrete fourier transform을 계산할 때 사용되는 frequency point의 개수FS : 입력 신호의 sampling rate- 예제 코드- 결과시간에 따라 주파수가 100Hz에서 200Hz까지 2차식으로 증가하고, 1초 때 주파수가 200Hz인 chirp을 생성하였다. 이 chirp을 short time fourier transform한 결과를 spectrogram으로 나타내었다.5. 음색에 대해여 조사. 악기마다 음색이 다른 이유와 Matlab에서 음색을 구현하는 방법에 대해 조사.음색은 음파를 구성하는 고조파의 존재 상태(배음구조)에 따라서 다르다. 기본 주파수음에 정수배의 고조파성분 음의 혼합에 의해 결정된다. 예를 들어, 기본 주파수가 같더라도 악기마다 고조파성분이 어떻게 혼합되느냐에 따라 파형이 달라지고 이것이 음색의 차이를 만든다.변조하는 쪽의 Operator는 Modulator라 하고 변조되는 쪽의 Operator는 Carrier라고 하고, 이 두 오퍼레이터의 주파수 비와 레벨에 의해서 복잡한 파형을 만들어 낼 수 있다.F = A*sin(2πfct + I*sin(2πfmt))위 식은 FM 변조에 관한 식인데 A가 Carrier의 레벨이고 fc 가 Carrier 주파수, 그리고 I 및 fm 는 각각 Modulator의 레벨 및 주파수이다. 이 식을 베셀함수로 표현하면 배음구성을 이룰 수 있다. 음색을 결정하는 배음의 구성관계는 Modulator와 캐리어의 주파수 비와 관계되어 있으며, 각 배음의 상대 레벨은 Modulator의 레벨에 의해 결정된다. 예를 들어 주파수비가 1:1인 경우에는 정수 차 배음을 발생하여 브라스 음(금관악기)이나 스트링(현악기)계열의 음이 만들어 지고, 주파수비가 2:1일 경우에는 기수 차 배음을 발생하여 방현파 음인 목관악기의 음색을 이루게 된다.

공학/기술| 2015.06.18| 6페이지| 1,500원| 조회(367)

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서강대 고급전자회로 실험 - 실험5 Multiplier 결과보고서 평가A+최고예요

고급전자회로 실험 결과 보고서실험 5. Multiplier분반학번이름조학번이름시작종료실험시작/종료시간 기재(통계 목적임)1. 실험결과1. 실험회로 11.1 [실험회로 1] 과 같이 구성하되v _{SRC}는 인가하지 않는다.a) DC 바이어스 조건 및 전압이득? 시뮬레이션 회로도? DC 바이어스 조건 측정- 시뮬레이션 측정 결과바이어스V _{OUT1} (V)V _{OUT2} (V)V _{S} (V)V _{B3} (V)V _{B1} (V)V _{B2} (V)시뮬레이션6.5536.5532.2981.1372.9232.923측정7.0686.2512.13891.11832.69602.7427? 측정 결과로부터I _{EE} 및I _{C1},I _{C2} 값 계산I _{EE} (mA)I _{C1} (mA)I _{C2} (mA)시뮬레이션0.49180.24470.2447측정0.1930.2750.468- 계산 방법 기술(결과보고서)각 BJT의 collector로 흐르는 전류는 다음과 같이 구할 수 있다.I _{C1} =` {V _{cc} -V _{out1}} over {R _{C1}}= {9-7.068} over {10k} =0.193mAI _{C1} =` {V _{cc} -V _{out2}} over {R _{C2}}= {9-6.251} over {10k} =0.275mAI _{EE} =I _{C1} +I _{C2}=0.468mA실험 결과 VB1은 2.696V, VB2는 2.7427V로 측정되었다. 이론적으로 보면 Vcc를 62kΩ과 30kΩ의 직렬연결에 인가해주었을 때 30kΩ에 걸리는 전압이 바로 VB1과 VB2라고 볼 수 있다. Voltage dividing으로 구할 수 있으며 그 결과 이론값은 2.923V이다. 거의 비슷한 값을 갖는다는 것을 알 수 있다. 그리고 VB1-Vs와 VB2-Vs는 각각 BJT의 turn on 전압이다. 실험 결과 각각 0.5571V, 0.6030V이다. 따라서 제대로 turn on 되었다는 것을 알 수 있다. 시뮬레이션에서의 turn on 전압=-93.5v _{b3} ``이다. 따라서 소신호 전압이득은v _{out1} /v _{b3}=-93.5(V/V)로 나타낼 수 있다.1.2 입력 신호v _{SRC} (진폭 10 mV, 주파수 1 kHz)를 인가한다.a)v _{B3},v _{OUT1} 측정v _{B3}? ,v _{OUT1} 파형* 시뮬레이션 결과v _{B3}진폭 : (1.1465-1.1266)/2 = 9.95mVv _{OUT1}진폭 : (7.3580-5.4632)/2 = 947.4mV* 실험 결과-v _{B3}-v _{OUT1}? 측정v _{B3} 진폭 (mV)v _{OUT1} 진폭 (mV)전압이득v _{out1} /v _{b3} (V/V)시뮬레이션9.95947.4-95.216측정11.1900-81.081.1의 b)에서 이론적으로 계산한 소신호 전압 이득이 ?93.5V/V였다. 시뮬레이션 결과는 ?95.216V/V로 이와 유사한 값을 갖는다. 실제 실험 결과는 ?81.08V/V로 이론 값 보다는 다소 낮게 측정되었다. 매우 작은 값을 갖는 소신호를 다루다보니 약간의 오차에 의해서도 결과가 많이 바뀌기 때문이다. 그리고 사용한 BJT 소자가 정확히 같지 않아서 그런지 걸리는 바이어스가 같지 않았다. 예를 들어 Vout1과 Vout2는 이론적으로 동일한 값을 가져야하지만 실제 실험 결과 7.068V와 6.251V로 0.8V 정도의 차이를 보였다. 그리고 인하여 각각의 collector 전류 또한 차이가 발생하였고 이로 인해 전체적인 실험 결과에 오차를 불러일으켰다.2. 실험회로 22.1 [실험회로 2]와 같이 구성하되v _{SRC}는 인가하지 않는다.a) 실험회로 1과 DC 바이어스 조건이 동일함을 확인하시오.? DC 바이어스 측정- 시뮬레이션 결과바이어스V _{OUT1} (V)V _{OUT2} (V)V _{S} (V)V _{B3} (V)V _{B1} (V)V _{B2} (V)시뮬레이션6.5536.5532.2981.1372.9232.923측정6.6626.6942.13451.13422.74202.742원을 공급하였다.a)v _{B1},v _{OUT1} 측정v _{B1}? ,v _{OUT1} 파형* 시뮬레이션 결과v _{B1}진폭 : (2.9243-2.9210)/2=1.65mVv _{OUT1}진폭 : (6.6932-6.4073)/2=142.95mV* 실제 결과-v _{B1}-v _{OUT1}? 측정v _{B1} 진폭 (mV)v _{OUT1} 진폭 (mV)전압이득v _{out1} /v _{b1} (V/V)시뮬레이션1.65142.95-86.64측정44.81860-41.522.1의 a에서 구한 전압이득의 이론값은 -47.6V/V이다. 그리고 측정한 전압이득은 -41.52V/V이다. 따라서 오차율은 12.77%이다.b) 2.2a 의 전압이득을 [실험회로 1]의 전압이득보다 큰지 작은지 비교하고 그 이유를 설명하시오실험 결과를 보면 실험회로 1의 전압이득은 ?81.08V/V이고, 2.2a의 전압이득은 ?41.52V/V로 측정되었다. 따라서 실험회로 1의 전압이득이 높다는 것을 알 수 있다. 실험회로 1은 캐스코드 앰프로 common emitter amplifier의 gain을 증가시키기 위하여 BJT 위에 cascode로 common base amplifier를 연결한 것이다. 이렇게 cascode 연결을 하면 output resistance가 증가하기 때문에 전체 전압이득을 증가시킬 수 있다. 실험회로 2는 차동 증폭기로 differential input을 입력받아서 single-ended output을 내는 증폭기이다. 이 차동 증폭기의 전압이득이 낮은 이유는 출력을 single-ended로 받기 때문이다. 만약 Vout1만을 출력으로 받는 것이 아니고, Vout2-Vout1을 출력으로 받는다면 전압이득은 2배로 증가할 것이다.(위상은 반대가 된다.)3. 실험회로 33.1) [실험회로 3]과 같이 구성하여v _{M} (t) (진폭 10 mV, 주파수 1 kHz),v _{C} (t) (진폭 10 mV, 주파수 10kHz) 인가한다.a)v _{OUT1}과v _{OUT=a TIMES v _{C} (t)+b TIMES v _{C} (t) TIMES v _{M} (t) 로 표현할 때,a,`b가 얼마인지 위 실험 b)를 이용하여 구하시오.v _{C} (t)=0.01cos(2pi10 ^{4} t)=V _{C} cos(2 pi f _{C} t)v _{M} (t)=0.01cos(2pi10 ^{3} t)=V _{M} cos(2 pi f _{M} t)로 놓으면v _{OUT} (t)=a TIMES v _{C} (t)+b TIMES v _{C} (t) TIMES v _{M} (t)=aV _{C} cos(2 pi f _{C} t)+bV _{C} V _{M} cos(2 pi f _{C} t)cos(2 pi f _{M} t)=aV _{C} cos(2 pi f _{C} t)+ {bV _{C} V _{M}} over {2} [cos(2 pi (f _{C} +f _{M} )t)+cos(2 pi (f _{C} -f _{M} )t)]V _{OUT} (f)={aV _{C}} over {2} [ delta (f-f _{C} )+ delta (f+f _{C} )]+{bV _{C} V _{M}} over {4} [ delta `(f-(f _{C} +f _{M} ))`+ delta (f+(f _{C} +f _{M} ))]+{bV _{C} V _{M}} over {4} [ delta `(f-(f _{C} -f _{M} ))`+ delta (f+(f _{C} -f _{M} ))]● 시뮬레이션 결과주파수 스팩트럼을 보면 10kHz에서는 866.677mV이고 9kHz, 11kHz에서는 152.093mV이다.{aV _{C}} over {2}=866.677mV,{bV _{C} V _{M}} over {4}=152.093mVTHEREFORE a= 173.3354, b=6083.72● 측정 결과주파수 스팩트럼을 보면 10kHz에서 340mV이다. 이 값은v _{OUT1}으로만 FFT한 값이므로v _{OUT} (=v _{OUT1}-v _{OUT2})은 680mV이다.{aV _{C)�� _{max} LEQ 1을 만족하야 한다.실험회로 3의 출력은-R _{C} I _{EE} (1+ {v _{M}} over {V _{T}} ) {v _{C}} over {2V _{T}}으로 주어지는데 형태를 변형하면v _{out}=-R _{C} I _{EE} (1+ {v _{M}} over {V _{T}} ) {v _{C}} over {2V _{T}}= {-R _{C} I _{EE}} over {2V _{T}} (1+ {v _{M}} over {V _{T}} )v _{C}여기서{-R _{C} I _{EE}} over {2V _{T}}=A,{1} over {V _{T}} =K _{a},v _{M} =m(t),v _{C} =cos(2pif _{c} t)으로 두면v _{out} =A _{C} [1+K _{a} m(t)]cos(2 pi f _{c} t)=S _{AM}여기서��K _{a} m(t)�� _{max} LEQ 1을 만족하면v _{out}이 AM 신호와 같은 모양이 되었으므로 실험회로 3은 AM 변조기로 사용될 수 있다.4. 설계 과제실험 3.1b에서 구한 계수b를 1.2배 증가시킬 수 있도록 [실험회로 3]의 저항값을 설계하고 실험으로 확인하시오.v _{out} =v _{o1} -v _{o2}=V _{cc} -i _{c1} R _{C} -(V _{cc} -i _{c2} R _{C} )=-R _{c} (i _{c1} -i _{c2} )=-R _{c} i _{out}=-R _{C} I _{EE} (1+ {v _{M}} over {V _{T}} ) {v _{C}} over {2V _{T}}=(-R _{C} I _{EE} {1} over {2V _{T}} )v _{C} +(-R _{C} I _{EE} {1} over {2V _{T} ^{2}} )v _{M} v _{C}이 된다.v _{OUT} (t)=a TIMES v _{C} (t)+b TIMES v _{C} (t) TIMES v _{M} (t)에서 위의 식과 비교해 계수 b를 1.2배 증가시키려면R _{C}를

공학/기술| 2015.06.18| 17페이지| 2,000원| 조회(350)

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서강대 고급전자회로 실험 - 실험5 Multiplier 예비보고서

고급전자회로 실험 예비 보고서실험 5. Multiplier분반학번이름조학번이름시작종료실험시작/종료시간 기재(통계 목적임)예비보고서는 아래 양식에서 ‘1. 실험결과’에 시뮬레이션 결과를 입력하여 제출한다. 결과보고서는 예비 보고서에 측정결과 및 분석을 추가하고, ‘2. 고찰사항’을 작성하여 제출한다.1. 실험결과1. 실험회로 11.1 [실험회로 1] 과 같이 구성하되v _{SRC}는 인가하지 않는다.a) DC 바이어스 조건 및 전압이득? 시뮬레이션 회로도? DC 바이어스 조건 측정- 시뮬레이션 측정 결과바이어스V _{OUT1} (V)V _{OUT2} (V)V _{S} (V)V _{B3} (V)V _{B1} (V)V _{B2} (V)시뮬레이션6.5536.5532.2981.1372.9232.923측정? 측정 결과로부터I _{EE} 및I _{C1},I _{C2} 값 계산I _{EE} (mA)I _{C1} (mA)I _{C2} (mA)시뮬레이션0.49180.24470.2447측정- 계산 방법 기술(결과보고서)b) 실험 1.1a에서 측정된 값으로부터 소신호 전압이득v _{out1} /v _{b3}의 크기를 예측하시오.1.2 입력 신호v _{SRC} (진폭 10 mV, 주파수 1 kHz)를 인가한다.a)v _{B3},v _{OUT1} 측정v _{B3}? ,v _{OUT1} 파형* 시뮬레이션 결과v _{B3}진폭 : (1.1465-1.1266)/2 = 9.95mVv _{OUT1}진폭 : (7.3580-5.4632)/2 = 947.4mV? 측정v _{B3} 진폭 (mV)v _{OUT1} 진폭 (mV)전압이득v _{out1} /v _{b3} (V/V)시뮬레이션9.95947.4-95.216측정2. 실험회로 22.1 [실험회로 2]와 같이 구성하되v _{SRC}는 인가하지 않는다.a) 실험회로 1과 DC 바이어스 조건이 동일함을 확인하시오.? DC 바이어스 측정- 시뮬레이션 결과바이어스V _{OUT1} (V)V _{OUT2} (V)V _{S} (V)V _{B3} (V)V _{B1} (V)V _{B2} (V)시뮬레이션6.5536.5532.2981.1372.9232.923측정b) 측정된 결과로부터 소신호 전압 이득v _{o1}/v _{b1}의 크기를 예측하시오2.2v _{SRC} (진폭 10mV, 주파수 10 kHz)를 인가한다.a)v _{B1},v _{OUT1} 측정v _{B1}? ,v _{OUT1} 파형* 시뮬레이션 결과v _{B1}진폭 : (2.9243-2.9210)/2=1.65mVv _{OUT1}진폭 : (6.6932-6.4073)/2=142.95mV? 측정v _{B1} 진폭 (mV)v _{OUT1} 진폭 (mV)전압이득v _{out1} /v _{b1} (V/V)시뮬레이션1.65142.9586.64측정b) 2.2a 의 전압이득을 [실험회로 1]의 전압이득보다 큰지 작은지 비교하고 그 이유를 설명하시오3. 실험회로 33.1) [실험회로 3]과 같이 구성하여v _{M} (t) (진폭 10 mV, 주파수 1 kHz),v _{C} (t) (진폭 10 mV, 주파수 10kHz) 인가한다.a)v _{OUT1}과v _{OUT2}의 파형 측정.v _{OUT} (=v _{OUT1}-v _{OUT2})의 파형 및v _{OUT}의 주파수 성분 분석 (시뮬레이션만 수행)● 시뮬레이션 결과-회로도-v _{OUT1},v _{OUT2} 파형V(R_C1:1)이v _{OUT1}, V(Q2:C)가v _{OUT2}이다.-v _{OUT} (=v _{OUT1}-v _{OUT2})의 파형-v _{OUT}의 주파수 성분 분석b)v _{OUT} (t)=a TIMES v _{C} (t)+b TIMES v _{C} (t) TIMES v _{M} (t) 로 표현할 때,a,`b가 얼마인지 위 실험 b)를 이용하여 구하시오.v _{C} (t)=0.01cos(2pi10 ^{4} t)=V _{C} cos(2 pi f _{C} t)v _{M} (t)=0.01cos(2pi10 ^{3} t)=V _{M} cos(2 pi f _{M} t)로 놓으면v _{OUT} (t)=a TIMES v _{C} (t)+b TIMES v _{C} (t) TIMES v _{M} (t)=aV _{C} cos(2 pi f _{C} t)+bV _{C} V _{M} cos(2 pi f _{C} t)cos(2 pi f _{M} t)=aV _{C} cos(2 pi f _{C} t)+ {bV _{C} V _{M}} over {2} [cos(2 pi (f _{C} +f _{M} )t)+cos(2 pi (f _{C} -f _{M} )t)]V _{OUT} (f)={aV _{C}} over {2} [ delta (f-f _{C} )+ delta (f+f _{C} )]+{bV _{C} V _{M}} over {4} [ delta `(f-(f _{C} +f _{M} ))`+ delta (f+(f _{C} +f _{M} ))]+{bV _{C} V _{M}} over {4} [ delta `(f-(f _{C} -f _{M} ))`+ delta (f+(f _{C} -f _{M} ))]따라서{aV _{C}} over {2}=866.677mV,{bV _{C} V _{M}} over {4}=152.093mVTHEREFORE a= 173.3354, b=6083.72c) [실험회로 3]이 AM 변조기로 사용될 수 있음을 설명하시오.4. 설계 과제실험 3.1b에서 구한 계수b를 1.2배 증가시킬 수 있도록 [실험회로 3]의 저항값을 설계하고 실험으로 확인하시오.v _{out} =v _{o1} -v _{o2}=V _{cc} -i _{c1} R _{C} -(V _{cc} -i _{c2} R _{C} )=-R _{c} (i _{c1} -i _{c2} )=-R _{c} i _{out}=-R _{C} I _{EE} (1+ {v _{M}} over {V _{T}} ) {v _{C}} over {2V _{T}}=(-R _{C} I _{EE} {1} over {2V _{T}} )v _{C} +(-R _{C} I _{EE} {1} over {2V _{T} ^{2}} )v _{M} v _{C}이 된다.v _{OUT} (t)=a TIMES v _{C} (t)+b TIMES v _{C} (t) TIMES v _{M} (t)에서 위의 식과 비교해 계수 b를 1.2배 증가시키려면R _{C}를 1.2배로 증가시키면 된다는 것을 알 수 있다. 따라서 실험 회로 3에서R _{C1}=R _{C2}=12kΩ으로 바꾸어 아래의 회로와 같이 설계하였다.-v _{OUT1},v _{OUT2},v _{OUT}(=v _{OUT1}-v _{OUT2})의 파형V(R_C1:R_C2)이v _{OUT}, V(R_C1:1)이v _{OUT1}, V(R_C2:1)가v _{OUT2}이다.-v _{OUT}의 주파수 성분 분석{aV _{C}} over {2}=1.0230V,{bV _{C} V _{M}} over {4}=176.366mVTHEREFORE a=204.6, b=7054.64실험 3.1b에서 b=6083.72였으므로 1.1596배 증가하였다.R _{C1},R _{C2}를 조금 더 증가시켜 13kΩ으로 시뮬레이션을 해보았다.{aV _{C}} over {2}=1.0990V,{bV _{C} V _{M}} over {4}=187.730mVTHEREFORE a=219.8, b=7509.2b가 1.234배 커졌다.2. 고찰 사항1. 이 실험에서 캐스코드 앰프와 차동증폭기의 역할을 간략히 기술하시오.2. 이번 실험에서 어려웠던 부분(이론과 실험)에 대해 기술하시오. 이번 실험에서 개선해야 하는 부분은 무엇인가?

공학/기술| 2015.06.18| 11페이지| 1,000원| 조회(242)

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서강대 고급전자회로 실험 - 실험4 발진기 및 신호발생기 결과보고서 평가A+최고예요

고급전자회로 실험 결과 보고서실험 4. 발진기 및 신호발생기분반학번이름조학번이름시작종료실험시작/종료시간 기재(통계 목적임)예비보고서는 아래 양식에서 ‘1. 실험결과’에 시뮬레이션 결과를 입력하여 제출한다. 결과보고서는 예비 보고서에 측정결과 및 분석을 추가하고, ‘2. 고찰사항’을 작성하여 제출한다.1. 실험결과1 실험회로 1 (시뮬레이션만 수행)1.1 [실험회로 1]과 같이 구성하여 진폭이 1 V인 정현파v _{SRC}와R _{L} = 10 kΩ을 연결한다.a) 입력주파수에 따른 전압이득? 시뮬레이션 회로도? 입력 주파수에 따른 전압이득의 크기와 위상주파수 (Hz)1101001 k10 k100 k1 M전압이득 (V/V)(시뮬레이션)62.832u628.318u6.2823m61.981m317.375m146.641m15.901m- 1Hz출력 전압이 너무 낮기 때문에 10000배를 하여 위상을 비교해보았다.-10Hz- 100Hz- 1kHz- 10kHz : 위상이 거의 같다는 것을 알 수 있다.- 100kHz- 1MHzb) 위의 실험 1.1a의 값을 이용하여 전달함수의 Bode plot을 그리시오- y축을 DB scale로 나타낸 결과- 결과 분석이 회로는 발진기회로의 feedback회로로 사용된다. 발진기회로가 발진하기 위한 조건은 Aβ=1이다.A의 경우 3이기 때문에 β는 1/3(0.3333...)이어야 한다. 10kHz일 때 전압 이득이 0.317V/V이고,100kHz일 때 전압 이득이 0.146V/V이기 때문에 10kHz~100kHz 사이에서 1/3의 전압이득을 가지는주파수가 존재할 것이라는 것을 알 수 있다. 그 주파수에서 회로는 발진 조건을 만족하여 발진할것이다. 그리고 입력 신호와 출력 신호의 위상을 비교하였을 때 10kHz가 아닌 주파수에서는 위상이서로 달랐으나 10kHz에서 위상이 같았다. 따라서 10kHz 근처의 주파수에서 입력 신호와 위상이같은 출력 신호를 얻을 수 있다는 사실을 알 수 있다.2. 실험회로 22.1 [실험회로 2]와 같이 구성한다.수록 증폭하려는 정도가 더 크므로 왜곡이 더 크게 나타난다.3. 실험회로 33.1 [실험회로 3]과 같이 구성한다.실제 실험에서 5kΩ 저항 대신 5.1kΩ 저항을 사용하였다.a) DC power supply로v _{I`N1} `을 -9 V ~9 V까지 1 V씩 증가시키면서v _{OUT1} ` 측정(아래 두 표는 시뮬레이션 결과만 입력. 실험하지 않음)v _{I`N1} (V)-9-8-7-6-5-4-3-2-10v _{OUT1}(V)시뮬레이션8.61368.61368.61368.61368.61368.61368.61368.61368.61368.6136측정v _{I`N1} (V)123456789v _{OUT1}(V)시뮬레이션8.61368.6136-8.614-8.614-8.614-8.614-8.614-8.614-8.614측정이론적으로 Vth는 이다. R1은 5kΩ이고, R2는 10kΩ이다. 그리고 L+는 Vcc와 거의 같으므로 9V라고 볼 수 있다. 따라서 Vth는 3V이다. 위의 시뮬레이션 결과를 보면 Vin이 3V인 순간 전압이 바뀌는 것을 볼 수 있다. 따라서 이론과 일치한다.(아래 두 표는 측정 결과만 입력)R _{v} (Ω)1 k2 k4 k5 k5.5 k6 k6.5 k8 k10 k13 k측정v _{I`N1} (V)-7.509-6.101-3.897-3.015-2.619-2.248-1.899-0.96653.25mV1.248v _{OUT1} (V)8.368.378.3788.3798.3868.3878.3888.3898.3898.390R _{v} (Ω)15 k17 k20 k25 k30 k50 k80 k측정v _{I`N1} (V)1.8872.4303.1093.9784.6256.1417.151v _{OUT1} (V)8.3918.391-7.148-7.150-7.151-7.152-7.153입력 전압을 ?에서부터 증가시키면, 입력 전압이 Vth가 되기 전까지는 Vout이 L+이다. 그리고 입력 전압이 Vth를 넘기 시작하는 순간 Vout은 L-가 된다. 실험 결과를 보면 저항 R0 k25 k20 k17 k15 k13 k10 k8 k측정v _{I`N1} (V)7.1536.1424.6273.9763.1102.4311.8871.24952.93m-0.968v _{OUT1} (V)-7.175-7.175-7.174-7.174-7.173-7.173-7.173-7.173-7.172-7.172R _{v} (Ω)6.5 k6 k5.5 k5 k4 k2 k1 k측정v _{I`N1} (V)-1.9012-2.251-2.622-3.020-3.904-6.111-7.522v _{OUT1} (V)-7.171-7.1688.4198.4198.4198.4198.419입력 전압을 +에서부터 감소시키면, 입력 전압이V _{TL}이 되기 전까지는 Vout이 L-이다. 그리고 입력 전압이V _{TL}보다 작아지기 시작하는 순간 Vout은 L+가 된다. 실험 결과를 보면 저항 Rv가 6kΩ일 때까지는 ?7.17V 정도를 유지하다가 5.5kΩ이 되자 8.42V 정도로 증가했다. 따라서 L+는 대략 8.419이고, L-는 대략 ?7.17V임을 알 수 있다. 그리고 Rv가 6kΩ일 때의 입력 전압과 5.5kΩ일 때의 입력 전압 사이에 Vth가 존재한다는 것을 알 수 있다.Rv에 따른 입력 전압 Vin은 다음과 같다.R _{v} (Ω)1 k2 k4 k5 k5.5 k6 k6.5 k8 k10 k13 kv _{I`N1} (V)-7.36-6-3.85-3-2.61-2.25-1.9-101.174R _{v} (Ω)15k17k20k25k30k50k80kv _{I`N1} (V)1.82.3333.864.5676kΩ일 때 ?2.25V이고, 5.5kΩ일 때 ?2.61V이므로 Vth는 ?2.25V ~ -2.61V 사이에 존재한다는 것을 알 수 있다.수식적으로V _{TL}은 이고, β가 1/3, L-가 -7.17V이므로 대입하여 구하면 Vth=-2.39V이다. 위의 실험 결과와 일치한다.c) 위의 3.1a, 3.1b 측정 데이터를 활용하여v _{OUT1} `-v _{IN`1} ` 그래프를 그리시오.증가하는 경우에OUT2}는L _{+}=8.614V가 된다.반대로 실험 4.1 b)에서v _{I`N2}를 +9V부터 주기 시작하면v _{OUT2}는L _{+}=8.614V가 나왔다.v _{I`N2}을 점점 줄이다가{v _{OUT2} -v _{I`N2}} over {R _{1} +R _{2}} TIMES R _{1} +v _{I`N2}=0이 되는 지점인v _{I`N2}=-4.307V보다 작아지게 되면 non-inverting input 전압이 그라운드로 연결된 inverting input의 전압보다 작아지므로v _{OUT2}는L _{-}=-8.6133V가 나왔다.5. 실험회로 55.1 [실험회로 5]와 같이 구성한다.R2의 5kΩ 대신 5.1kΩ을 이용하였다.a)v _{OUT} ` 측정 : 파형, 기본주파수, 전압크기- 시뮬레이션 결과? 파형? 기본주파수, 전압크기주기 : 0.373ms=373μs기본 주파수 : 1/(373μ) = 2681Hz전압 크기 : 8.616V- 실험 결과기본 주파수 : 2.63kHz전압 크기 : 8.20Vc)v _{INM} ` 측정- 시뮬레이션 결과? 파형v _{OUT} `? 과v _{INM} ` 관계- 실험 결과* VINM 파형* Vout과 VINM 비교시뮬레이션 결과와 같은 양상을 보인다는 것을 알 수 있다.*Vout과 VINM의 관계V-가 작은 경우 Vout은 L+의 값을 갖는다. 이 때 회로에서 R에 전류가 흘러 C를 충전하게 된다. 따라서 C의 전압인 V-가 증가하기 시작한다. V-가 Vth가 되면 Vout은 L_로 감소한다. 이때부터 C의 전하가 방전하여 V-가 감소하기 시작한다. 감소하다가 VTL이 되면 Vout는 L+가 된다. 위의 동작이 계속 반복되어 Vo가 구형파가 된다. 위의 실험 결과를 통해 이러한 관계가 제대로 성립하고 있음을 알 수 있다.c)R _{1} `,C _{1} ` 조합에 따른 기본주파수 및 크기(V _{pp} `)R _{1} `=5k,C _{1} `=0.22μR _{1} `=5k,C _{1} `=0.1μR _{1} `=C _{1} `=0.22μτ=C1*1kΩ=0.00022, β=0.405, T=10.00378, f=1/T=2645Hz4.R _{1} `=6.8k,C _{1} `=0.1μτ=C1*1kΩ=0.0001, β=0.405, T=0.000172, f=1/T=5813Hz위와 같은 방식으로 주파수를 구한 결과, 1번과 3번은 실험 결과와 비슷한 값을 가졌으나2번과 4번은 실험 결과보다 다소 높은 값을 갖는다는 것을 알 수 있다. 2번과 4번의 공통점은 0.1μF의 C1을 썼다는 점이므로 캐패시터 값의 오차로 인해 결과에서도 오차가 발생된 것일 수도 있고, 주기를 구한 공식은 L+와 L-의 크기가 같다고 가정하고 푼 것인데 실제 실험에서는 크기가 약간 달랐다 그로 인해 오차가 발생했을 수 있다.Vout의 전압 크기의 경우는 이론적으로 R1, C1과 관련이 없다. 따라서 R1, C1의 값을 바꿔주는 것과는 상관없이 모든 경우에서LEFT | L _{+} RIGHT | + LEFT | L _{-} RIGHT |만큼의 peak-to-peak voltage를 가져야 한다. 각각의 실험 결과를 보면 전압 크기가 15.6Vp-p 정도로 일정하게 측정되는 것을 알 수 있다.6. 설계 과제[실험회로 5]의 구형파 발생기의 기본 주파수가 10 kHz가 되도록 RC의 값을 설계하시오.T=2 tau ln {1+ beta } over {1- beta }이다. 실험회로 5과 동일한 5kΩ, 10kΩ 저항을 사용해beta =1/3, C=0.1mu F을 사용하고tau =RC이므로 계산하면 R=721.3475Ω이다. 그러나 시뮬레이션을 돌려본 결과 R=262Ω에서 주기가 100.452us로 9.9550kHz가 나왔다.● 시뮬레이션-회로도-시뮬레이션 결과두 피크점의 시간 차이가 100.452us였으므로 주파수는 9.9550kHz이다.● 실제 설계시뮬레이션에서 사용한 값 그대로 설계 하였을 때 만들어진 구형파는 다음과 같았다.주파수는 10kHz가 나왔지만 피크 영역에서 평평하지 않은 구형파가 나왔다. 실험 5기에서는

공학/기술| 2015.06.18| 26페이지| 2,000원| 조회(301)

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