6주차 결과레포트
학번: 2019706008
이름: 유동환
분반: 김현수 교수님 분반(금)
1. 실험 제목
[실험 15] 다단 증폭기
2.
실험 결과
(1) Vg를 0.2V간격으로 2V까지 올리면서 Vd 측정
VG
Vd
0
5.997
0.2
5.997
0.4
5.997
0.6
5.997
0.8
5.997
1.0
5.997
1.2
5.997
1.4
5.996
1.6
5.989
1.8
5.884
2.0
4.6676
(2) VGS,ID를 측정하여 gm 값 계산
>> VGS: 1.9357V
>> ID: 78.57uA
>> Vth: 1.2V
>> gm: 2ID/(VGS-Vth) = 0.213mS
(3) VD1,VG1,VS1,VD2,VG2,VS2 및 ID1,ID2 측정, 포화영역에서 동작하는지 확인
VD1
4.1130V
VG1
2.3441V
VS1
0.28878V
VD2
3.9455V
VG2
2.3438V
VS2
0.30695V
ID1
288.08uA
ID2
312.68uA
포화 영역에서 동작 여부
(VDS> VGS-Vth를 만족) >> M1,M2 둘 다
포화영역에서 동작
(4) M1,M2의 트랜스컨덕턴스 gm 값 계산
>> gm1 = 0.6736 mS (m A/V)
>> gm2 = 0.7472 mS (m A/V)
(5) 1단, 2단 증폭기의 입출력 전압 및 전압 이득 측정 (Vsig와 Vo1,Vo2 측정)
-RL =100k 일 떄-
>> 1단 증폭기: 1.02V / 47mV = 21.702 [V/V]
>> 2단 증폭기: 7.6V / 43mV =176.744 [V/V]
(6) 2단 증폭기의 캐패시터의 유무를 구분하여 VDD가 6,7V 일 때의 입출력 전압 및 전압
이득 측정
-
2단 증폭기 (7V, 6V 순) 커패시터 O –
>> 7V일 때: 7.6V / 48mV =158.333 [V/V]
>> 6V일 때: 2.73V / 48mV = 56.875 [V/V]
-
1단 증폭기 (7V, 6V 순) 커패시터 O –
>> 7V일 때: 1.01V / 47mV = 21.489 [V/V]
>> 6V일 때: 330mV / 49mV = 6.7347 [V/V]
-
2단 증폭기 (7V, 6V 순) 커패시터 X –
>>7V일 때: 6.27V / 47mV = 133.404 [V/V]
>> 6V일 때: 1.34V / 47mV = 28.511 [V/V]
-
1단 증폭기 (7V, 6V 순) 커패시터 X –
>> 7V일 때: 1.01V / 46mV = 21.957 [V/V]
>> 6V일 때: 330mV / 47mV = 7.021 [V/V]
(7) RL을 10k로 바꾼 후 (5) ~ (6)을 반복
<1단, 2단 증폭기 전압 이득>
>> 1단 증폭기 : 1.13V / 47mV = 24.042 [V/V]
>> 2단 증폭기 : 5.51V / 47mV = 117.234 [V/V]
-
2단 증폭기 (7V, 6V 순) 커패시터 O –
>> 7V일 때: 5.51V / 48mV = 114.792 [V/V]
>> 6V일 때: 1.49V / 46mV = 32.391 [V/V]
-
1단 증폭기 (7V, 6V 순) 커패시터 O –
>> 7V일 때: 1.13V / 47mV = 24.043 [V/V]
>> 6V일 때: 330mV / 48mV = 6.875 [V/V]
-
2단 증폭기 (7V, 6V 순) 커패시터 X –
>> 7V일 때: 3.46V / 47mV = 73.617 [V/V]
>> 6V일 때: 760mV / 48mV = 15.833 [V/V]
-
1단 증폭기 (7V, 6V 순) 커패시터 X –
>> 7V일 때: 1.03V / 47mV = 21.915 [V/V]
>> 6V일 때: 320mV / 47.6mV = 6.722 [V/V]
3.
고찰사항
(1) 다단증폭기의 입력단과 출력단은 입력 임피던스, 출력 임피던스 측면에서 어떤 조건
을 만족해야 하는가?
>> 부하저항이 작은 경우에는 출력 임피던스가 크게 되면 임피던스 부정합이 발생
하므로 부하저항이 작은 경우에는 출력 임피던스가 작아야하고 입력 임피던스가 매
우 작으면 매우 작은 신호가 들어오므로 전압 이득이 매우 작아지기 때문에 입력 임
피던스도 고려해야함.(입력 임피던스가 커야함)
(2) 다단 증폭기에서 전체 전압 이득이 각 단의 전압 이득의 곱보다 작은 이유를 설명하
시오.
>> Vo/Vsig = Av1 x Av2 x Rin1/(Rsig+Rin1) x Rin2/(Rout1+Rin2) x RL/(Rout2+RL)
>> 위의 식에서 소스팔로워가 전압 이득이 거의 1에 가깝긴 하지만 1보다 작기 때
문에 그렇다고 생각한다. 또한 출력 전압이 그 다음 회로의 입력 전압으로 다 들어갈
수가 없어 전체 전압 이득이 각 단의 전압 이득의 곱보다 작다.
4.
고찰
이번 실험은 다단 증폭기 중 2단 증폭기에 대해 알아보는 실험을 진행하였다. 실험을 진행하기
전에 전류 limit을 0.1A로 맞춰준 후에 실험을 진행하였다. 첫 번째 실험으로는 NMOS 트랜지
스터의 Vth와 gm을 알아보는 실험을 진행하였다. 그 다음으로는 2단 증폭기에서 Drain, Gate,
Source 부근의 전압과 전류 측정 후 포화영역에서 동작하는지 확인하는 실험을 진행하였다. 측
정 한 결과 M1,M2 트랜지스터 모두 VDS > VGS-Vth를 만족하여 포화영역에서 동작하는 것을 확
인하였다.
마지막 실험으로는 앞의 회로와 동일한 2단 증폭기의 입출력 전압 및 전압이득을
확인해보는 실험을 진행하였다. 입력 전압으로는 Vsig 부분을 측정하였고 1단 증폭기의 출력
전압은 M1 트랜지스터의 드레인 부분에 2단 증폭기 출력 전압은 M2 트랜지스터의 드레인 부
분의 출력 전압을 측정하여 전압이득을 비교하였다. 100K와 10K 모두 커패시터의 유무를 통해
전압이득을 비교해보니 1단 증폭기에서는 커패시터가 있을 때와 없을 때 차이가 별로 나지 않
았지만 2단 증폭기에서는 커패시터가 있는 경우의 전압 이득이 더 높게 측정되었다. 커패시터
가 있는 경우에는 바이패스 커패시터로 작용하여 AC를 short 시켜 source의 저항을 무력화시킴
으로써 전압 이득이 더 높게 나온다는 이론과 일치한 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다. 이
번 실험에서는 전압이득의 파형을 관찰하였기 때문에 이번 실험에서 발생한 오차는 오실로스코
프의 프로브 접촉 문제나 노이즈 문제인 거 같다.