하여 변하는 를 일정하게 어느 폭에서 고정시키며 이에 따라 거의 일정한 를 얻을 수 있다. 하지만 전압 이득은 감소한다. 는 가 하는 감생작용을 없게하여 안전성을 낮추는 대신 를 높이는 기능을 한다.
D. 증폭기에서 전압 이득의 안정성을 설명하여라.
- 인데 가 없을 때 이면
인데 의 차이가 크게 나서 가 일정하지 않다.
이때 안정성을 주어 가 거의 같아지기 때문에 이 되고 가 일정하게 된다.
E. 공통 소스 증폭기에서 전압 분할기의 저항 의 즈가나 감소가 동작점에 미치는 영향과 출력 신호의 왜곡에 관해 설명하여라.
-
4. 사용기기 및 부품
MOS 트랜지스터 2N7000 n-channel MOSFET, 커패시터 10, 가변저항 100Ω, 4.7㏀, 저항 390Ω, 2.2㏀, 1.5㏁, 5.1㏁, 1㏁, 2㏁, 1㏀, 10㏀, 회로 시뮬레이터
5. 실험 내용
(1) 신호 발생기의 출력신호를 10kHz, 진폭이 100mV인 정현파로 조정하라.
(2) <그림 8>과 같은 공통소스 증폭기를 구성하여라.
(3) 직류전원과 신호를 공급하고 오실로스코프를 사용하여 입력과 출력 신호 파형을 관측하여 기록하여라. 이때, 신호를 관측하는 채널은 게이트 결합 커패시터의 왼쪽에 접속하여라.
(4) 전압 이득 를 측정하여 기록하라. 부하저항 을 개방하고 전압 이득을 측정하여 기록하여라. 부하저항 4.7㏀ 가변저항으로 대치하여 전압 이득의 크기가 가 되도록 조절하여 그때의 저항을 기록하라.
(5) 부하저항을을 10㏀으로 환원하고 입력 주파수가 10kHz이고 진폭이 500mV인 정현파로 조정하여라. 이 모양이 대칭임을 확인하라.
(6) 전압 분배기의 저항 를 1㏁으로 대치하여 동작점을 이동하여라. 이때의 출력파형을 기록하여라.
(7) 전압 분배기의 저항 를 2㏁으로 대치하여 동작점을 이동하여라. 이때의 출력파형을 기록하여라.
(8) 를 접속하고 증폭기의 특성을 측정하여 기록하여라.이때 입력신호 진폭을 10mV로 줄여야 한다. 만약 그 이하로 줄어들지 않으면 <그림 9>와 같은 감쇠기를 사용하라.
(9) 공통 소스 증폭기를 수정하여 <그림 10>과 같은 공통 드레인 증폭기를 구성하여라.
<그림 10> 공통 드레인 증폭기
(10) 전압 이득 를 측정하여 기록하여라. 부하저항 을 개방하고 전압 이득 를 측정하여 기록하여라. 부하저항을 100Ω 가변저항으로 대치하여 전압 이득의 크기가 가 되도록 가변저항을 조절하고 기록하라.
6. 실험 결과
A. 공통소스 증폭기
- 위의 <그림 1>과 같은 회로를 <사진 1>처럼 구성하여 공통 소스 증폭기를 이용한 실험을 하였다.
- 직류 전원과 신호를 공급하고 오실로스코프를 사용하여 입력과 출력 신호 파형을 관츨한 결과 <사진 2>와 같은 결과를 보였다.
<사진 2> 공통 소스증폭기의 입출력(아래:입력파형 100mV/div)
(위:출력파형 200mV/div)
- <사진 2>와 같은 결과를 보인상태에서의 전압이득 를 측정하니 약 4정도의 전압이득을 나타내었다. 부하저항을 4.7㏀ 가변저항으로 대치하고 전압이득이 반이 되도록 가변저항을 조절한 결과 RO=1.88㏀에서 전압이득이 반으로 됨을 확인하였다.
- 다시 부하저항을 10㏀으로 바꾸고 주파수 10kHz, 진폭 500mV으로 변경하고 실험을 하였다. 이 결과 <사진 3>과 같은 결과를 보였다.
- 전압 분배기의 저항 를 1㏁으로 바꾸니, 증폭되는 크기가 다르게 나타났다. 즉, 동작점이 이동됨을 확인하였다. 결과 파형은 <사진 4>와 같다.
- 마찬가지로 전압 분배기의 저항 의 크기를 2㏁으로 바꾸니, <사진 5>와 같이 동작점이 이동됨을 확인하였다.
- 의 크기를 1㏁과 2㏁으로 바꾸었을때의 변화를 파악 할 수 있었다. <사진 4>와 <사진 5>의 출력파형을 보면 약간의 변화가 있음을 알 수 있다.
- 를 접속하고 증폭기의 특성을 측정하였다. 커패시터가 접속되면 전압이득이 크게 증가됨을 확인할 수 있었다. 이때의 입력파형의 진폭은 10mV으로 하여서, 왜곡된 파형이 얻게 되는 것을 막을 수 있었다. <사진 6>
- 이때의 전압이득을 구해보면 약 40의 전압이득을 보임을 계산할 수 있다.
B. 공통소스 증폭기
- <그림 2>와 같은 공통 드레인 증폭기를 <사진 7>과 같이 구성하였다.
- 공통 드레인 증폭기에서 주파수가 10kHz, 진폭이 100mV인 입력신호를 입력한 결과 <사진 8>과 같이 나타났다. 이때의, 전압이득 를 구한 결과 약 0.9라는 결과를 얻었다.
<사진 8> 공통 드레인 증폭기에서의 입출력
위(출력):100mV/div
아래(입력):100mV/div
- 전압이득이 0.9인 상태에서 부하저항을 100Ω 가변저항으로 대치하고 전압이득이 반이 되도록 가변저항을 조절한 결과 RO=45.1Ω에서 전압이득이 반으로 됨을 확인하였다. 이는 계산값인 39.11Ω와 15%의 오차를 보였다.
(10) 전압 이득 를 측정하여 기록하여라. 부하저항 을 개방하고 전압 이득 를 측정하여 기록하여라. 부하저항을 100Ω 가변저항으로 대치하여 전압 이득의 크기가 가 되도록 가변저항을 조절하고 기록하라.
7. 연습문제
A. 입력신호를 관측하는 채널을 게이트 결합 커패시터의 오른쪽에 접속한다면 게이트 직류 전압 의 크기는 얼마로 변하겠는가?
- 입력 신호 관찰 채널을 접속하면 채널의 저항과 저항 1.5㏁을 병렬 연결한 것이 되어 이 되어 가 변한다.
B. 의 변화로 동작점이 서서히 정상 상태로 이동하는 원인은 무엇인가?
- 이므로 전압이 선형적으로 변하기 때문이다. 갑자기 가 바뀌면 도 바뀌게 되는데 capacitor가 처음 가지고 있는 전압과 를 바꾸고 난 직후의 전압도 같아야 하기 때문에 동작점이 서서히 변화하게 된다.
C. 다음 spice문들을 사용하여 우회 커패시터가 접속된 공통 소스 증폭기 회로파일을 작성하고 주파수 10kHz에 대해 해석을 수행하라.
*** Common Source Amplifier ***
M153662N7000
.options defw=1 defl=1
.model 2N7000 nmos level=1
+ vto=kp=lambda=
+ cgso=20pcgdo=8pcbs=56pcbd=56p
.end