실험노트, 03 - 소신호 증폭기, 이론

 

I. THEORY

1. 소신호 증폭기

1) 소신호

- 소신호(미약신호): 센서신호, 수신된 통신신호, 생체신호, 물리/화학현상 신호

- 소신호 크기: 거의 잡음 수준

 

2) 소신호 증폭

- 저잡음 소신호 증폭기

- 혼합기

- 중간주파(IF) 대역통과 필터

- 중간주파 증폭기

The previous image shows the block diagram of a radio telescope that uses the RAL10 receiver.

그림: 수신기(전파천문학, 통신) 블럭도

 

 


2. 실험회로 해석

 

그림: BJT CE 증폭기

vs = 1 kHz, zero offset, 100 mVpp with A-A' terminal open-circuited

Rs = 50 Ω, Ci = 0.1 μF, R1 = 200 kΩ, R2 = 33 kΩ, RC = 4.7 kΩ

RE = 750 Ω, CE = 1 μF, CC = 0.1 μF, RL = 10 kΩ, Q1 = 2SC945, VCC = 12 VDC

 

2.1 CE(common emitter) amplifier (공통 이미터 증폭기) 특징

- 용도: 저주파 전압증폭, RF 트랜시버, 저잡음증폭기

- 특징:

   입력임피던스 = Low, 출력임피더스 = High, 전력/전압/전류이득 = High

   주파수특성: 고주파에서 동작하지 않음.

   전압이득: 불안정(온도변화)

 

2.2 CE 증폭기 동작원리

1) DC 바이어스:

- 베이스-이미터 접합 = 순방향 바이어스

-  베이스-컬렉터 접합 = 역방향 바이어스

-  컬렉터 정압: Vcc 1/2. 선형성을 유지하면서 출력전압의 크기를 최대로 하기 위해

-  R1, R2, RE 베이스 DC 바이어스 전류 결정

2) AC 증폭

-  커플링 커패시터(Ci, Cc): 신호 주파수에서 매우 낮은 임피던스 (단락으로 취급)

-  신호전압 vs 비례하여 베이스 전류 ib 변화가 크게(50-200) 증폭되어 컬렉터 전류 ic 흐름.

-  컬렉터 전류의 일부가 RL 흘러서 출력전압으로 나타난다.

-  이미터 커패시터 CE 이미터 저항에 의한 이득저하를 감소시킴.

 

2.3 CE 증폭기 DC바이어스 해석

 

그림: CE 증폭기 바이어스 해석

 

- 베이스-이미터 접합: 순방향 바이어스. 전압제어 전류증폭

- 베이스-컬렉터 접합: 역방향 바이어스

- DC 회로: 전체 증폭기 회로에서 커패시터로 연결된 선로를 제거

- 회로이론 적용 IB공식 유도:

    

    

 

    

    

 

    

  

 

    

  

 

- 트랜지스터: DC 공식 적용

  

   = 120-200 @ IC = 0.02-2 mA (2SC945 데이터시트로부터)

   Use = 200 @ IC = 1 mA

    

 

    

    

 

    

  

 

    

    

 

2.4 BJT 증폭기 교류 해석

- 간략한 교류 등가회로 사용

  

그림: BJT 간략한 교류 등가회로

 

1) 커패시터를 포함한 해석

그림: BJT CE 증폭기  full equivalent circuit

 

    (for 2SC945 트랜지스터)

 

  

    

    

 

    (input impedance)

    

    

    

    

 

    

 

    (voltage gain)

 

  

    (current gain)

 

Output impedance:  

    

 

수식을 프로그래밍하여 계산:

    

  

    

    

    

    

 

2) 커패시터를 생략한 해석

그림: BJT CE 증폭기 simplified equivalent circuit

 

    

    

    

    (전압이득)

    (입력저항)

    (전류이득)

 

   Output impedance: