실험2예비보고서. 다이오드 동작- 대신호소신호 동작 보고서 실험2예비보고서. 다이오드 동작- 대신호소신호 동작실험2예비보고서. 다이오드 동작- 대신호소신호 동작전자회로실험Ⅰ 예비보고서(실험2. 다이오드 동작- 대신호/소신호 동작)Ⅰ.실험목적 다이오드 회로에서 소신호 동작에 대해 공부한다. 다이오드 소자의 특성 곡선을 측정 및 계산하고, 실제 소신호 전달함수를 측정하여 비교한다. 입력신호에 따른 소신호 동작 실험을 통해 제3다이오드 모델을 사용한 해석과 비교한다.Ⅱ.배경지식 및 내용 대신호/소신호 모델통신, 신호처리, 멀티미디어등 대부분의 아날로그 전기/전자회로들은 고정된 상수값의 바이어스 신호에 작은 진폭의 시간에 따라 변화하는 신호를 실어서 증폭, 전달하는 역할을 수행한다. 여기서 사용한 바이어스 점에 비해 상대적으로 매우 작은 변동을 분석하기 위해, 미분을 사용한 근사를 이용한 방법이 대신호/소신호 모델을 이용한 분석 방법이다. 그림 2-1은 증폭기 회로의 대신호/소신호 모델에 따른 소신호 증폭을 나타낸다. 증폭기의 입력 전압 대 출력 전압 특성곡선의 바이어스 점 A에서 미분을 사용한 근사를 통해...전자회로실험Ⅰ 예비보고서(실험2. 다이오드 동작- 대신호/소신호 동작)Ⅰ.실험목적 다이오드 회로에서 소신호 동작에 대해 공부한다. 다이오드 소자의 특성 곡선을 측정 및 계산하고, 실제 소신호 전달함수를 측정하여 비교한다. 입력신호에 따른 소신호 동작 실험을 통해 제3다이오드 모델을 사용한 해석과 비교한다.Ⅱ.배경지식 및 내용 대신호/소신호 모델통신, 신호처리, 멀티미디어등 대부분의 아날로그 전기/전자회로들은 고정된 상수값의 바이어스 신호에 작은 진폭의 시간에 따라 변화하는 신호를 실어서 증폭, 전달하는 역할을 수행한다. 여기서 사용한 바이어스 점에 비해 상대적으로 매우 작은 변동을 분석하기 위해, 미분을 사용한 근사를 이용한 방법이 대신호/소신호 모델을 이용한 분석 방법이다. 그림 2-1은 증폭기 회로의 대신호/소신호 모델에 따른 소신호 증폭을 나타낸다. 증폭기의 입력 전압 대 출력 전압 특성곡선의 바이어스 점 A에서 미분을 사용한 근사를 통해, 증폭기 회로의 증폭도 Av를 구할 수 있다. 입력 전압 Vin은 VIN의 DC 전압의 바이어스 전압 신호와 vin의 상대적으로 매우 작은 전압 신호가 더해진 신호가 더해진 신호인데, 근사를 통해 구해진 증폭도 Av를 곱하여 그림과 같은 출력 전압 Vout을 구할 수 있다. 다이오드의 대신호/소신호 모델 실험 1에서 다이오드 모델은 이상적인 다이오드 동작의 제1다이오드 모델, 턴-온 전압 Vd.on을 포함하는 제2다이오드 모델, 그리고 다이오드 저항 rd를 포함하는 제3다이오드 모델로 구분된다. 그러나 실제 다이오드 회로의 경우, 순방향 바이어스시 수식 (2-1)의 입력 전압 대 출력 전류의 특성을 갖는다. (2-1)Vp는 다이오드에 인가되는 전압, Ip는 다이오드에 흐르는 전류, Is는 PN 접합의 역포화 전류, Vt는 열전압을 의미한다. 그림 2-2(a)의 고정된 전압원과 저항으로 이루어진 제3다이오드 모델의 경우, 순방향 바이어스시 바이어스 점 A와 B에서 직선으로 나타나므로 일정한 전달함수를 갖는다. 그림 2-2(b)의 실제 다이오드의 바이어스 점 A와 B에서는 각각 다른 기울기의 전달함수를 갖는다. 그러나 만약 입력 전압 Vprk 매우 작은 진폭의 변화를 갖는 조건에서는, 즉 상대적으로 신호의 변동이 작아 그림 2-1의 미분을 이용한 근사가 가능하다면, 대신호/소신호 모델을 적용한 분석이 가능하다. 그림 2-3은 다이오드를 대신호/소신호 모델을 적용한 경우, 바이어스 점의 전압값 Vd.on을 포함하는 대신호 모델과 소신호 저항 rd를 포함하는 소신호 모델의 기호를 나타내었다. 다이오드 회로에서 DC 동작을 포함한 바이어스 동작을 분석하는 경우, 대신호 모델의 기호로, AC 신호를 포함하는 소신호에 대한 출력 특성 동작을 분석하는 경우, 소신호 모델의 기호로 대치하면, 분석이 용이하다. 다이오드 회로에의 대신호/소신호 모델 적용 그림 2-4(a)는 실험에서 사용될 다이오드 회로이다. 그림 2-2와 유사한 다이오드 회로의 입력 전압 대 출력 전압의 특성곡선은 그림 2-4(b)와 같이 나타난다. 입력 전압 Vin에 다이오드를 순방향 바이어스가 가능하도록 하는 DC 전압의 대신호 VIN과 근사의 조건을 위해 Vt보다 작은 소신호 vin이 합해진 stls호를 인가하면, 바이어스 점의 기울기에 해당하는 전달함수가 곱해진 크기를 갖는 소신호 vout이 포함된 출력신호 Vout을 얻을 수 있다. 다이오드 소신호 저항 rd는 수식 (2-2)와 같이, 입력 신호 vin에 진폭이 페인 정현파가 인가되었을 때, 시간에 따른 출력 신호 Vout(t)는 수식 (2-3)과 같이 얻어진다. (2-2) (2-3)Ⅲ.모의실험(PSipce Simulation)Ⅳ.실험방법 다이오드 회로 특성곡선 측정 1) 다이오드와 저항, Vin을 직렬로 회로를 구성한다. 2) 입력 Vin에 전원 공급기의 가변 전류 정전압원의 DC 전압을 +0.1V부터 +1.3V까지 200mV 간격으로 증가시키며 인가하면서, Vout의 DC 전압을 측정하여 기록한다. 3) 과정 2에서 측정된 값을 그림 2-2와 같이 바이어스 점 A,B에 대입하여, (Va+Vb)/2 값은 각각의 바이어스 점이다. 계산된 기울기의 전달함수 Av를 기록한다. 다이오드 회로의 소신호 증폭도 측정 4) 입력 Vin에 연결된 전원 공급기를 제거하고, 신호 발생기를 연결한다. 신호 발생기는 100Hz에서 최소 AC 전압의 진폭을 갖는 정현파 출력을 가지도록 조절하라. 이때의 DC 전압은 0V가 되도록 설정하라. 5.) 신호 발생기의 DC 전압을 과정 3에서 계산한 입력 값과 동일한 값인 +0,2V부터 +1.2V까지 200mV 간격으로 증가시키며 인가하면서, Vin과 Vout의 피크-피크 AC 전압을 측정하여 기록한다. 6.) 과정 3에서 측정된 값을 Av=vout/vin을 이용하여 소신호 전달함수 Av를 계산한다. 계산된 전달함수 Av를 기록한다. 7) 과정3에서 구한 Av값과 실험을 통해 얻은 Av의 값을 비교하여 오차가 가장 작은 바이어스 점 (Va+Vb)/2를 찾는다. 선형 동작을 위한 바이어스 결정 8) 신호 발생기의 100Hz 정현파의 AC 전압 진폭을 과정 4에 비해 2배 증가시킨다. 신호 발생기의 DC 전압을 과정 6, 7과 같이 변화시키며 측정하여 기록한다. 9) 실험을 통해구한 Av의 값을 비교하여 오차가 가장 작은 바이어스 점 (Va+Vb)/2를 찾는다.Ⅴ.질문 다이오드 회로에서 순방향 바이어스가 되자 않은 경우, 소신호 저항 rd 과 전달함수 Av 는 어떠한가 바이어스 점에 EK라 전달함수는 어떻게 변하는가 다이오드 회로에서 대신호/소신호 모델의 근사화가 가능한 입력 신호의 바이어스 DC 전압은 얼마인가 다이오드 회로에서 대신호/소신호 모델의 근사화가 가능한 입력 신호의 peak-peak AC전압은 얼마인가 실험에서 측정된 다이오드 회로와 제3다이오드 모델을 사
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