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능동 필터, 시뮬레이션 포함

실험 9. 능동 필터1. 목적능동필터의 응답원리를 이해하고 OPAmp를 이용한 저역 및 고역 필터의 주파수 응답 특성을 알아본다.2. 실험계기 및 부품▶ 전원공급 장치 1대▶ Oscilloscope 1대 (2채널)▶ AF generator 1대 (10Hz ~ 1MHz)▶ 저항 : 560Ω 1개 1kΩ 1개, 80kΩ 2개▶ 커패시터 : 0.01uF 2개▶ IC : uA741 1개.3. 이론적 배경▶ 필터란?필터의 기능에 따라 필터는 저역 통과 피터와 고역 통과 필터로 분류 할 수 있다. 저역 통과 필터는 인가전압의 저주파 성분을 통과시켜 부하 저항 양단에 전력 전압을 발생시키고 고주파 성분은 출력 단에서 감쇠시키거나 감소시키는 것이다. 고역 통과 필터는 반대로 인가전압의 고주파 성분만을 통과시켜 부하 저항 양단에 전압을 발생시킨다. RC 결합 회로의 경우 입력 전압의 교류 성분은 R에 유기되는 반면 직류 전압은 직렬 콘덴서에 의해 저지되기 때문에 고역 통과 필터의 한 예가 된다. 더구나 교류 성분 중에서 주파수가 더 높아질수록 더 높은 교류 전압이 결합된다. 반면에 바이패스 콘덴서는 저역 필터의 예로 주파수가 높을수록 바이패스 되고 낮은 주파수일수록 바이패스 작용이 점점 줄어든다. 이때 낮은 주파수 성분들은 분로 바이패스 콘덴서 양단에 출력 전압을 발생시키게 된다. 필터 작용을 출력 전압의 주파수를 이용하여 보다 더 선택적으로 하기 위해 일반적으로 필터회로는 인덕턴스와 커패시턴스를 결합시킨다. 유도 리엑턴스는 주파수가 높아짐에 따라 증가하는 반면 용량 리액턴스는 감소하기 때문에 이 두 성분의 반대되는 성질은 필터 작용을 개선시켜준다. L 과 C의 합성으로 회로의 모양이 정해진다.▶ 수동 필터-R, L, C로 구성-전력이득이 없음-1MHz이상에서 사용하고 동조하기 어렵다.-차수 n=(L+C)의 합▶ 능동 필터-R, C, OP AMP로 구성-전력이득을 가짐-1MHz이하에서 사용하고 동조하기 쉽다.-차수 n=C의 수▶ 1차 능동필터(1'st Order active filter)그림과 같이 R-C로 구성된 Y1, Y2단으로만 된 필터를 1차필터(1'st order filter)필터의 출력단에 비반전 증폭기를 접속하여 능동필터를 구성Op-Amp.의 비반전 입력전압 ea는 Op-Amp.의 입력 임피던스 무한대라 하면전달함수위의 그림회로가 지역필터가 되려면 Y1은 R2로, Y2는 C로 구성되어야 한다Y1=1/R,전달함수 T1(s)로 차단각주파수를 의미Ao=1, RC=1로 정규화시킨 저역필터의 전달함1차 고역필터에서는 전달함수의 절대값은 의 경우 저지대역에서는 -6[dB/oct]의 주파수.위 그림의회로가 고역필터가 되려면 Y1= , Y2=1/R이 되어야 한다▶ 2차 능동 저역통과 필터By virtual short principle;By KCL;주파수 응답;위 식을 보면 주파수 w가 높아짐에 따라 분모의 크기가 커져서 결국 주파수 응답의 크기가 작아지므로 저역통과 필터(LPF)에 해당된다.▶ 2차 능동 고역통과 필터By KCL;주파수 응답;위 식을 보면 주파수 w가 높아짐에 따라 분자의 분모에 대한 상대적 크기가 커져서 결국 주파수응답의 크기가 커지므로 고역통과 필터(HPF)에 해당된다.▶ 수동 필터의 제약 조건들1) 1보다 큰 이득을 얻을 수 없다.2) 크기가 크고 값비싼 인덕터를 필요로한다.

공학/기술| 2008.03.14| 6페이지| 1,000원| 조회(385)

주파수, 필터, 능동 필터, 고역, 바이패스, 수동 필터

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푸시풀 증폭기 평가A+최고예요

실험 8. 푸시풀 증폭기1. 목적전력 증폭기의 A급, B급, C급, AB급 증폭기를 이론적으로 고찰하고 푸시풀(push-pull) 증폭기의 원리를 이해한다. 상보 대칭형 증폭기를 시뮬레이션과 실험을 통하여 정력 증폭기의 동작원리를 이해한다.2. 실험계기 및 부품▶ 전원공급 장치 1대▶ Oscilloscope 1대 (2채널)▶ Function generator 1대 (10Hz ~ 1MHz)▶ 저항 : 20kΩ 2개 100kΩ 1개, 1kΩ 2개▶ 커패시터 : 10uF 2개, 100uF 1개▶ TR : 2N3904 1개 2N3906 1개.3. 이론적 배경▶ 전력 증폭기의 정의와 종류증폭기는 변환기나 다른 입력전원으로부터 신호를 받아서 증폭한 후 이를 출력장치나 다른 증폭단으로 출력한다. 대체로 입력 변환기 신호는 매우 작기 때문에 [예, 카세트나 cd의 입력은 수mv, 또는 안테나의 입력은 수 μv), 출력장치(스피커나 다른 전력장비)를 구동시키기 위해서는 충분히 증폭되어야 한다. 소신호 증폭기에서 중요한 요소는 대개 증폭의 선형성과 증폭이득의 크기이다. 소신호 증폭에서는 신호전압과 전류가 작기 때문에 증폭되는 전력용량과 전력효율은 중요한 문제가 아니다. 전압증폭기는 입력신호의 전압을 증폭시키기 위하여 전압증폭을 우선적으로 수행하지만 대신호 또는 전력증폭기는 스피커나 다른 전력 장비를 구동하기 위해 출력부하에 충분한(대개 수∼수십 watt) 전력을 우선적으로 공급한다. 대신호 증폭기에 있어서 중요한 요소는 회로의 전력효율, 회로가 취급할 수 있는 최대 전력용량, 그리고 출력장치와의 임피던스 정합 등이다.▶ 증폭기의 급증폭기를 분류하는 한 방법은 급(class)으로 나누는 것이다. 증폭기의 급은 입력신호의 한 주기에 즉, q점에 대해서 동작의 한 주기에 걸친 출력신호의 변화량을 나타낸다. 소신호 증폭기인 경우 신호의 왜곡을 없애기 위해 가능한 q점을 중앙값에 위치하도록 고려하였다. 그러나 신호의 크기가 매우 적기 때문에 전력손실의 문제가 그리 중요하지 않았으나, 대신호 증폭인 경우 그 취급신호가 매우 크기 때문에 q점에 따라 전력손실의 문제가 매우 중요한 요소가 된다.- a급 : 출력신호는 그 주기의 360°전체에 걸쳐 변화. 아래 그림에서 보듯이 이 증폭기는 최소한 출력신호 스윙의 절반이 공급 전압레벨에 의해 제한되는 고전압 레벨이나 저전압레벨, 또는 0v를 넘어서지 않도록 q-동작점이 바이어스 되어야 한다. 즉, q점이 거의 중앙값에 위치하기 때문에 360°전 위상에 대해 직선영역에서 동작한다(신호왜곡이 없다). 그리고 모든 소신호 증폭기는 a급.- b급 : 아래 그림과 같이 출력신호가 신호의 반주기, 또는 180°범위에서 변환한다. 따라서 b급 회로의 직류 바이어스 점은 0v이며, 출력신호는 이 바이어스 점에서 부터 반주기 동안 변화한다. 이와 같이 반주기신호만이 존재한다면, 이것은 입력의 충실한 복원이 아님이 분명하다. 따라서, 양의 반주기와 음의 반주기 출력을 각각 제공하는, 이런 2개 증폭기의 결합을 푸시-풀(push-pull)동작이라 한다. b급 동작은, 입력신호의 복원이 출력신호의 반주기에서만 일어나기 때문에 매우 왜곡된 출력신호를 제공함에 주의하라. b급 증폭기는 동작점이 차단상태 (ic=0, vceq=vce(cut-off)로 바이어스된 회로를 말한다. 입력신호가 없을 때는 전류가 흐르지 않으므로 효율이 매우 좋다.- ab급 : a급 동작은 왜곡이 적은 이점이 있고, b급은 효율이 높은 이점이 있다. ab급 동작은 이들 양단의 절충형이라 볼 수 있다. q점은 차단점보다 약간 위쪽에 있어서 동작영역이 선형영역의 아래쪽 경계(왜곡되지 않는 곳)까지 미친다. 그러므로 트랜지스터는 입력파형의 50%보다 약간 더 많은 시간동안 0이 아닌 컬렉터 전류를 흘린다. 이런 바이어스상태를 ab급이라 한다. 이 증폭기 역시, 전주기 출력을 얻기 위해서는 푸시-풀 동작이 필요하지만, 직류바이어스점이 더 좋은 전력효율을 갖는 영기저전류레벨에 더 가깝다. ab급 동작의 출력신호 스윙은 a급이나 b급 그 어느 쪽도 아니다. 왜곡을 감소시키기 위해 icq가 0보다 약간 위쪽에 있음을 유의.- c급 : c급 증폭기의 출력은 180°보다 더 작은 주기에서 동작하도록 바이어스 되며, 즉, vbe가 음의 값으로 맞추어져 있다. c급 증폭기의 입력이 정현파일 경우 같은 주파수의 펄스모양이 된다. 이 출력 파형은 주기적인 파형이므로 입력신호와 같은 기본주파수와 그의 고조파 성분을 포함하며, 이러한 신호를 기본주파수에 공진하도록 되어 있는 인덕터-커패시터(LC)공진회로를 통과시키면 출력은 입력과 같은 주파수의 정현파와 비슷한 파형이 된다. 증폭될 신호가 순수한 정현파이거나 제한된 주파수 범위를 갖는 일반적인 파형일 때 이와같은 증폭방식을 흔히 사용한다. 따라서 이런 급의 동작은 라디오 통신과 같은, 동조회로의 특수한 분야에서만 쓰인다. c급 증폭회로는 큰 전력을 제공할 수 있다. 그러므로 이 증폭회로는 송신기의 출력단에 흔히 사용되고, 출력신호에 포함된 고조파를 제거하기 위하여 공진형 부하를 사용한다.- d급 : 이 급의 동작은 짧은 "온" 시간과 더 긴 "오프" 시간을 갖는 펄스(디지탈)신호를 사용하는 증폭기회로에서 쓰인다. 샘플-홀드 같은 디지털 기술을 사용하면 입력신호의 일부에서 출력을 복원하기 위해 신호가 전 주기에서 별할 수 있도록 할 수 있다. d급 동작의 주요 이점은 증폭기가 전력을 소모하는 짧은 시간 동안만 "온" 상태에 있기 때문에 전체 효율을 크게 높게 할 수 있다.▶ 증폭기의 효율입력전력에 대한 출력전력의 비로 정의되는 증폭기의 전력효율은 a급에서 d급으로 갈수록 개선된다(높아진다).a급 증폭기는 입력신호가 인가되지 않더라도 바이어스를 유지하기 위해 많은 전력을 소모한다. 이것은 특히 작은 입력신호로 작은 교류전력이 부하에 전달될 때 효율이 매우 떨어지게 한다. 가장 큰 출력전압과 전류스윙일 때 얻을 수 있는 a급 증폭기의 최대효율은 직결 혹은, 직렬공급부하 경우의 25%이며, 부하가 변압기에 연결되는 경우의 50%이다. 직류바이어스전력과 무입력신호에서는 직류바이어스전력을 갖지 않는 b급 동작은 78.5%에 이르는 최대효율을 제공한다. d급 동작은 90%이상의 최대효율을 가지며, 이는 모든 급의 동작 중에서 가장 높은 효율이다. ab급은 a급과 b급 사이에서 바이어스 되므로 효율 역시 25%(또는 50%)에서 78.5% 사이의 값을 갖는다.▶ B급 동작고전력 음성 시스템은 한 개의 출력단이 공급할 수 있는 전력보다 더 큰 음성 전력을 요구한다. 이데 대한 한 가지 해결책은 두 개 혹은 그 이상의 트랜지스터를 푸시-풀(push-pull)로 접속시켜 사용하는 것이다. 푸시풀 증폭기 회로는 B급 혹은 AB급에서 동작한다.앞의 실험에서, A급 동작에서는 입력 신호의 전주기 동안 이미터-베이스가 순방향 바이어스됨을 공부하였다. 그림 11-1a에 나타낸 바와 같이, 전류는 한 주기(360°)에 걸쳐 흐르며, 그 출력은 일그러지지 않았다.B급 동작에서는, 입력 신호의 1/2 주기 동안 트랜지스터의 이미터-베이스가 순방향 바이어스되고, 나머지 반주기 동안은 역방향 바이어스된다. 그림 11-1b는 B급 회로의 컬렉터 전류 파형을 나타낸다. 전류는 처음 반주기 동안만 흐르고, 나머지 반주기 동안은 차단됨에 유의하라.AB급은 A급과 B급의 중간 동작을 한다. 그림 11-1c에서처럼, 전류는 180°이상에서 흐르지만 360°가 되기 전에 차단된다. 만약 저항 부하에서 동작하는 단일 트랜지스터가 B급이나 AB급으로 바이어스된다면, 신호의 일그러짐(distortion)이 일어난다. 푸시-풀 회로는 B급이나 AB습의 단일 트랜지스터 전력 증폭기에서 발생하는 파형이 일그러짐을 제거한다.▶푸시-풀 증폭기AB급 혹은 B급 동작으로 바이어스된 푸시-풀 증폭기는 보통 A급 전력 증폭기보다 약 2배 정도 더 큰 신호를 처리할 수 있다. 이런 이유로 B급이나 AB급 출력단은 단일의 A급단보다 더 많은 전력을 전달할 수 있다.그림 11-2에 푸시-풀 출력단을 나타내었다. Q2, Q3은 이미터 공통 증폭기로 접속된 출력 트랜지스터이다. 입력 변환기 T2는 드라이버(driver)라고 하는데, Q1을 Q2 및 Q3에 결합시켜 준다.Q2와 Q3의 베이스는 T2의 2차 권선의 양 끝에 각각 접속된다. 따라서 각각의 베이스에는 진폭은 같고 180°위상차를 갖는 서로 다른 신호가 입력된다. 정현파 입력인 경우, Q2의 베이스가 정이면 Q3의 베이스는 부로 된다. Q2가 부로 바뀌면 Q3의 베이스는 정으로 된다. 결과적으로 Q2의 컬렉터에 전류가 흐르면, Q3에는 전류가 흐르지 않으며, 반대로 Q3에 전류가 흐르면 Q2에는 흐르지 않는다.Q2와 Q3의 컬렉터 전류는 출력 변성기인 T3의 1차 권선을 통해 반대 방향으로 흐른다. T3 일차 권선의 중간 탭은 이들 출력에 대해 교류 접지로 작용한다. 그림 11-2에 나타낸 바와 같이, 재결합되고 증폭된 신호가 T3의 2차 권선에 연결된 부하 저항 RL 양단에 나타난다.Q2와 Q3은 거의 B급에 가깝게 동작하는 중전력 트랜지스터인데, 크로스오버(crossover) 왜곡을 방지하기 위해서 순방향 바이어스시켜, 0신호에서도 Q1과 Q2에 미소한 컬렉터 전류가 흐르도록 한다. 만일 실리콘 트랜지스터의 베이스-이미터에 0바이어스가 인가되면, 입력 신호가 0.7V로 될 때까지는 트랜지스터에 전류가 흐르지 않는다. 그러므로 신호가 0에서 0.7로 상승하는 기간에는 트랜지스터가 전도하지 않는다. 그림 11-3에 푸시-풀 트랜지스터가 차단 상태로 바이어스되었을 때의 전류 파형을 나타내었다. 전류가 0인 기간 t1, t2 는 신호의 극성이 바뀌는 데 필요한 시간과, 한쪽 트랜지스터가 턴오프(turn-off)되는 동안 다른 트랜지스터를 활성화시키기 위해서 신호가 교차하는 시간을 나타낸다. 시간 t1, t2 동안에는 전류가 흐르지 않는다. 크로스오버 왜곡을 제거하기 위해서 푸시-풀 트랜지스터는 B급으로 바이어스 하지 않고, 대신 신호가 없을 때에도 미소한 컬렉터 전류가 흐르도록 약간 순방향으로 바이어스된다.

공학/기술| 2008.03.14| 8페이지| 1,000원| 조회(1,373)

증폭기, 전력 증폭기, B급, A급, 푸시풀, ab급

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고주파 증폭 회로

실험 7. 고주파 증폭 회로1. 목적저주파 실험에서 고찰 했듯이 결합 커패시터와 바이패스 커패시터가 증폭도를 저하시키는 커더란 요인이 되었다. 그러나 고주파에서 이들은 아무런 영향도 끼치지 않고 단지 단락된 회로의 역할을 한다. 본 실험에서는 이러한 특성을 고찰하고 이해하고자 한다.2. 실험계기 및 부품▶ 전원공급 장치 1대▶ Oscilloscope 1대 (2채널)▶ Function generator 1대 (10Hz ~ 1MHz)▶ 저항 : 4.7kΩ 2개 47kΩ 1개, 1kΩ 2개, 10kΩ▶ 커패시터 : 1uF, 100uF, 100pF▶ TR : npn 2n39043. 이론적 배경① 고주파 : 상대적으로 높은 주파수를 말하는데, 일반적으로 무선 주파수를 가리키는 경우가 많다.▶ 고주파 증폭기무선주파증폭이라고도 한다. 라디오나 텔레비전 등의 수신기에서 안테나에서 받은 전파가 약할 때, 동조회로(同調回路)에 생긴 고주파전압을 그대로 검파(檢波)하면 검파출력이 충분하지 않기 때문에 수신하고자 하는 전파의 선택성이 부족하여 혼신(混信)을 일으키기 쉽다. 따라서 감도를 좋게 하고 선택성을 높이기 위하여, 안테나에서 받은 고주파 전파를 증폭한 후 중간주파수로 바꾸고 검파하는 방식을 취한다.수신기의 전단에 마련된 고주파 입력의 전압 증폭 회로로, 감도를 높일 뿐만 아니라 SN비나 선택도도 높이고, 더욱이 수신의 안정도를 증대시키며, 발진한 경우의 이상 전파를 안테나에서 외부로 방사하는 것을 방지하는데도 도움이 된다.차단 주파수 [ 遮斷周波數, cut-off frequency ]신호 레벨의 균일한 넓은 주파수 대역내에서 특정 주파수를 기준하여 주파수 대역을 나눌 때 기준이 되는 특정 주파수. 이때 기준이 되는 특정 주파수의 신호 레벨이 전대역의 평균 신호 레벨보다 -3dB(1/1.4배) 낮은 부분의 주파수를 의미한다.본문①필터 장치 등의 주파수 특성이 기준 주파수에 대한 값에 대하여 정해진 값만큼 저하시킨 값의 주파수. 이득이 기준 주파수에 대한 값보다 3dB 저하하는 주파수 등이 있다.②전류 증폭률의 크기가 저주파역의 값보다 3dB 저하하는 점의 주파수.

공학/기술| 2008.03.14| 4페이지| 1,000원| 조회(597)

증폭, 고주파, 안테나, 전파, 수신기, 선택성

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저주파 증폭 회로

실험 6. 저주파 증폭 회로1. 목적지금까지는 모든 케패시터가 저주파에서는 개방되고 고주파에서는 단락된다고 가정하여 저항만으로 주어지는 교류 등가회로의 주파수를 한정했다. 본 실험에서는 이러한 정상적인 주파수 범위 밖에서의 증폭기 동작에 대하여 알아본다.2. 실험계기 및 부품▶ 전원공급 장치 1대▶ Oscilloscope 1대 (2채널)▶ Function generator 1대 (100Hz ~ 1MHz)▶ 저항 : 4.7kΩ 2개 47kΩ 1개, 1kΩ 1개▶ 커패시터 : 0.01uF, 0.1uF, 1uF, 100uF▶ TR : npn 2n39043. 이론적 배경▶ 저주파 증폭기저주파의 신호를 증폭하는 것을 목적으로 한 증폭기. 일정 주파수의 저주파 신호를 증폭하기도 하지만 보통은 16-20,000㎐의 가청 주파수 전역에 걸쳐서 고른 증폭도가 얻어지도록 만들어진다. 증폭기로서는 일그러짐이나 잡음이 적은 것이 중요하며, 회로의 형식은 목적에 따라 여러 가지의 것이 사용되는데, 저항 결합 증폭기가 널리 사용되고 있다. 증폭하는 신호의 종류로 전력 증폭기와 전압 증폭기로 나눌 수 있다.▶ 부하선과 동작점그림 1은 가장 간단한 공통 에미터 증폭기 회로이다. 먼저 입력 교류신호 vs가 0인 경우를 생각하자. 이 때는 회로의 모든 전류와 전압이 상수 값을 갖게 되는데, 이 때의 (Ib, Ic, Vce) 값의 set를 동작점이라 부른다. 동작점은 그림 1의 회로에 Kirchhoff의 법칙을 적용하여 얻은 식과 트랜지스터의 출력 특성곡선으로부터 구할 수 있다.그림 1. 간단한 공통 에미터 증폭기 회로먼저 입력 쪽에 loop 법칙을 적용하면(1)로부터,(2)를 얻는다. 여기서 Vbe는 트랜지스터의 입력 특성곡선으로부터 얻을 수 있는데, Ge transistor의 경우 0.2 V, Si transistor의 경우 0.6 V 정도의 상수라고 생각할 수 있다. 한편, 출력 쪽 loop로부터는,(3)즉(4)를 얻는다. 식 (4)는 직선의 식인데, 이 직선을 부하선(load line)이라고 한다.동작점을 구하려면 먼저 트랜지스터의 여러 출력 특성곡선 중에서 식 (2)의 Ib에 해당하는 곡선을 선택한다. Vbb = 3.6 V, Vbe = 0.6 V, Rb = 10 kΩ이라면 그림 2에서처럼 Ib = 0.3 mA인 경우가 된다. 다음에 선택된 특성곡선과 부하선과의 교점을 구하면, 그 교점이 곧 동작점이 된다. 그림 2에서는 Vcc = 10 V, Rc = 250 Ω인 경우의 부하선을 그렸다. 동작점의 좌표를 읽으면, 교류 입력이 0인 상태의 직류 Ic와 Vce의 값을 알 수 있게 되는데, 그림 2의 경우에는 Ic = 23 mA, Vce = 4.4 V 정도가 된다.그림 2. 동작점의 결정▶ 증폭 작용이제 그림 1에서 교류전압 vs가 직류전압 Vbe에 더해지는 경우를 생각해 보자. 그러면, 식 (2)에 의해 선택되는 Ib의 값이 달라지게 된다. 예를 들어 vs의 진폭이 1 V이고 Rb = 10 kΩ이면, Ib는 동작점에서 진폭 0.1 mA로 흔들리게 된다. 부하선은 vs와 관계가 없으므로, 결국 그림 3에서처럼, 특성곡선과 부하선과의 교점이 부하선을 따라 움직이게 된다. 그 결과, 출력 전류 Ic와 출력전압 Vce도 교류 성분을 갖게 된다. 이 때 교류 성분만을 각각 ib, ic, vce라 하면, 그림 3에서는 ib,p-p = 0.2 mA ic,p-p = 15 mA, vce,p-p = 3.6 V 정도가 된다. 이 때그림 3. 트랜지스터의 증폭작용출력전류와 입력전류의 비인 전류 증폭계수를 계산하면의 큰 값을 얻게 된다. 공통 에미터 접지의 경우에는 전압도 증폭하는 효과가 는데 그림3의 경우에는 전압증폭도 a = vce,p-p/vs,p-p = 3.6/2 = 1.8 가 된다.그런데, 같은 트랜지스터를 사용하더라도 바이어스 전압이 달라져 동작점이 이동하면 증폭효과도 달라짐을 유의하여야 한다. 예를 들어, 그림 4에서 C 점에 동작점이 설정이 되었다고 하면, 베이스 전류가 0.5 mA에서 0.4 mA로 줄어들 때는 위의 경우와 마찬가지로 증폭이 되지만, 0.6 mA로 늘어날 때는 증폭이 덜 됨을 알 수 있다. 이 경우에는 출력 파형이 입력 파형을 닮지 않고 찌그러지게 된다.그림 4. 증폭된 파형이 찌그러지는 경우▶ 에미터 접지법그림 1의 접지는 개념적으로 이해하기는 쉽지만, 실제로 잘 쓰이지는 않는다. 전지를 하나만 이용하여 베이스와 컬렉터 바이어스를 거는 그림 5와 같은 회로를 생각할 수 있다. 이 때 순방향 전압이 걸린 에미터 접합의 저항은 대단히 작으므로(5)로 쓸 수 있다. (이 식은 식 (2)에서 Vbe를 무시한 것에 해당한다.) 식 (3)과 (4)는 그림 5에도 동일하게 적용된다.그림 5. 단순한 에미터 접지 증폭기증폭회로의 안정성을 높이기 위해서는 그림 6(a)와 같은 회로가 사용된다. 동작점을 계산하기 위해서 이 회로는 그림 6(b)와 같이 그려질 수 있고,로 놓으면 두 개의 loop로부터 다음 식을 얻을 수 있다.

공학/기술| 2008.03.14| 7페이지| 1,000원| 조회(816)

증폭기, 주파수, 신호, 증폭, 저주파, 가청

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차동 증폭기, 시뮬레이션 포함 평가B괜찮아요

실험 5. 차동 증폭기1. 목적차동 증폭기의 구조와 동작원리를 이해하고 공통 모드와 차동 모드의 입출력 관계를 이용하여 동상제거비 (Common-Mode Rejection ratio: CMRR)를 이해하고자 한다.2. 실험계기 및 부품▶ 전원공급 장치 1대▶ Oscilloscope 1대 (2채널)▶ Function generator 1대 (100Hz ~ 1MHz)▶ JFET : K30A▶ 저항 : 390Ω 1개 470Ω 1개, 1kΩ 2개, 1.8kΩ 2개, 10kΩ 3개, 33kΩ 1개▶ 커패시터 : 50uF 2개▶ 가변저항 : 200Ω 1개.▶ Z.D : 5V▶ TR : 2SC 1815 4개, Q2N2222 4개3. 이론적 배경▶ 차동 증폭기- 연산 증폭기는 드랜지스터와 FET를 사용하여 이상적 증폭기를 실현시킬 목적으로 만든 linear IC이다. 차동 증폭기는 연산 증폭기에 속한다. 차동 증폭기는 2개로 된 반전 및 비반전 입력 단자로 들어간 입력 신호의 차가 출력으로 동작을 하는 증폭기이다. - 차동 증폭기의 동작 : 입력신호가 비반전 (+)단자로 들어가면 동상 증폭, 반전(-)단자로 들어가면 역상 증폭기 된다. 반전 입력(TR2의 베이스로 들어간 신호는 TR2의 컬렉터에 반전신호로 나타나고, TR1로 입력된 신호는 TR2의 이미터에 결합되어 증폭되고, TR2의 컬렉터에 비반전으로 출력된다.저항 Re는 증폭기 이득을 결정하는 주된 회로 상수가 되고, 저항 RE는 2개의 입력에서 가해지는 신호의 결합에만 쓰인다.차동 증폭이득(differential gain) Ad : 증폭기의 이득동상 이득(Common-mode gain) Ac : 2개의 입력에 걸리는 불필요한 잡음 신호의 제거 성능을 규명하는데 쓰이는 동작향이다.Ac =동상 신호 제거비 (Common-mode rejection ratio) : 차동 이득과 동상 이득의 비를 가지고 잡음 성분,데시벨로 나타나면동상 신호제거비가 클수록 우수한 차동 특성을 나타낸다.(a)(b)< 차동 증폭기 >- 차동 증폭기는 2개의 같은 특성을 갖는 동일 규격의 트랜지스터를 접속한 직류 증폭기에 쓰이는 평형형의 직접 결합 증폭기로써 입력에 동위상의 두 전압 V1, V2를 가했을 때, 출력전압 V0 는 두 전압의 차인 (V1-V2)에 비례하는 증폭기를 말한다. 이 증폭기는 직류 증폭기로써 인가되는 두 전압의 차전압인 (V1-V2)에 비례하는 제3의 신호를 얻을 수 있는 회로로써, 순수한 차전압만을 얻을 수 있을수록 좋은 증폭기다 된다.▶ 특징일반적으로 트랜지스터 특성의 불균일에 의해 drift가 생기는데, 이를 보상하기 위해 chopper 증폭기를 사용하거나 차동 증폭회로를 사용한다. 차동 증폭기에서 입력이 완전히 평형(V1=V2)이 잡히도록 조정하면, 안정도가 좋으며 입력 임피던스가 높고, 대역폭이 넓어진다는 특징이 있다.1. 직류 성분만 증폭기 가능하고, 교류성분은 증폭기 불가능하다.2. 증폭도가 보통의 증폭회로 방식보다 훨씬크다.3.작은 온도 변화에도 증폭회로의 동작이 안정한편이다.4.부품의 절대치가 변화해도 증폭기 거의 안정하다.▶ 작동원리다음 그림과 같이 중첩의 원리가 성립하는 선형 능동회로의 입력과 출력을 차동 증폭회로에 적용하여 차동증폭기의 동작원리를 설명한다.a-> V1, b-> V2 전압을 인가하면, 출력 Y-> 출력전압 V0 = Ad(V1 - V2)가 되어서, 두 전압의 차인 V1-V2에 비례하는 별도의 신호를 얻을 수 있는 증폭기를 말한다.1. 차 신호 전압(difference signal voltage), Vd : 차 신호 전압은 두 입력전압 V1, V2의 차 전압을 말한다. Vd = V1-V22. 동상신호전압(common-mode signal voltage), VC : 동상신호전압은 두 입력전압 V1,V2의 평균전압을 말한다. VC =1/2(V1+V2)- 차동증폭기의 출력전압 V0차동증폭기는 다음그림과 같이 선형 능동회로를 구성하므로, 두 입력전압 V1, V2이 선형결합하므로 출력전압 V0는 다음과 같다.V0 =A1V1+A2V2 A1 : 입력 2를 접지했을 때 입력1에 대한 전압증폭도A2 : 입력 1를 접지했을 때 입력2에 대한 전압증폭도차신호전압 Vd =V1-V2에서 전압 V1을 구한다.V1 =Vd+V2에서 V2를 구한다. 그리고 대입하면 VC =1/2(V1+V2)에서 다음과 같다.이것은 2V1 = Vd + 2Vc가 된다.그리고 V1 = Vc +1/2Vd가 되므로 V1 =Vd+V2에서 V2를 구하기 위해 위의 식에 대입하면,V2 = V1 - Vd = Vc +1/2Vd - Vd = Vc - 1/2VdV2=Vc-1/2Vd 여기서 출력전압 Vo를 구하기 위해서 정리하면VO = A1V1 + A2V2 = A1(Vc +1/2Vd) +A2 (Vc - 1/2Vd)∴Vo = (A1+A2)VC + (1/2A1 - 1/2Ad)Vd = AcVC + AdVd여기서 AC = A1 +A2 : 동상 신호 성분에 대한 이득Ad = 1/2(A1+A2) : 차신호 성분에 대한 이득▶ 1단자 접속 동작 (single- ended operation)입력 신호는 이벽 단자에 비반전으로 접속할 수도 있고, 반전으ㅗ 접속할 수도 있는데, 어느 경우이든지 이상적인 경우 증폭기 이득은 Ad로써 같다. 아래와 같은 동작을 말한다.< 차동 증폭기의 1단자 접속 동작>(a) 비반전 접속 (b) 반전 접속▶ 차동 동작(differential operation)반전 및 비반전 입력 단자 양단에 입력 신호가 접속되어 출력에 AdVd 크기의 증폭 신호가 나오는 동작을 말한다. 만일 별개의 두 입력 신호가 가해지면 Vd는 두 신호의 차가 된다.< 차동 및 동상 동작 >(a) 차동 동작 (b) 동상 동작▶ 동상 동작하나의 입력 신호가 두 입력 단자에 공콩으로 접속되었을 때 출력은 Vo = AcVc이다.이상적으로 동상이득은 0이지만, 실질적으로는 매우 작은 값이 존재한다.▶ 입력 저항차동 증폭기의 두 입력 단자에서 증폭기쪽으로 본 저항을 말하며, 앞단 구동 회로의 부하 효과(loading effect)를 막기 위하여 매우 커야 한다. 첫 번째 그림 차동 증폭기의 (b)에서는 R1 = 2hie = 2Bre 로 일반적으로 수[kΩ]을 가진다.

공학/기술| 2008.03.14| 7페이지| 1,500원| 조회(596)

증폭기, 차동, 신호, TR, 반전, 동상

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