[전자회로] A급 증폭기 회로 설계, 시뮬레이션 값 이론값 실험값 비교

소개글

[전자회로] A급 증폭기 회로 설계, 시뮬레이션 값 이론값 실험값 비교에 대한 보고서 자료입니다.

목차

●목적

●A급 증폭기

●이론값

●시뮬레이션(Multisim11.0)

●실습

●결론 및 고찰

본문내용

있다.
- 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.
●이론값
예제 9-1) A급 전력 증폭기의 전압과 전력 이들을 구하라. 단 Bac(Q1)=Bac(Q2)=200 이고 Bac(Q3)= 50이다.
(저항값 변경 : 100Ω 2w 이유는 실험 및 고찰 에서 설명함.)
풀이)
첫 번째 단 (Q1)은 RE1이 있는 전압분할 바이어스 공통 이미터 회로이다. 두 번째 (Q2,Q3)는 달링턴 이미터 폴로어이며 스피커가 부하이다.
1)첫 번째 단
Rc1 = Rc∥[R3∥R4∥Bac(Q2)Bac(Q3)(Re2∥RL)]
= 1.0㏀∥[5.1㏀∥15㏀∥(200)(50)(100Ω∥16Ω)
= 1.0㏀∥(5.1㏀∥15㏀∥13.8㏀) = 1.0㏀∥3㏀ = 750Ω
VB = [(R2∥(Bac(Q1)(Re1 + Re2)) / R1 + R2∥(Bac(Q1)(Re1 + Re2))]Vcc
= [5.1㏀∥(200(377Ω)) / 20㏀ + 5.1㏀∥(200(377Ω))]15V
= (4.78㏀ / 20㏀ + 4.78㏀)15V = 2.89V
IE = VB - 0.7v / (Re1 + Re2) = 2.89V - 0.7V = 5.81mA
r´e(Q1)= 25mV / IE = 2.5mV / 5.81mV = 4.3Ω
두 번째 단을 부하로 갖는 첫 번째 단의 전압 이득은
Av1=-(Rc1 / Re1 + r´e(Q1) ) = -(784Ω / 47Ω + 4.3Ω) = -15.3
이고, 여기에서 음(-)부호는 반전을 나타낸다.
첫 번째 단의 전체 입력 저항은 Q1의 베이스에서 교류 입력 저항과 병렬인 바이어스 저항과 같다.
Rin(tot)1 = R1∥R2∥Bac(Q1)(Re1 + r´e(Q1)
= 20㏀∥5.1㏀∥200(47Ω + 4.3Ω) = 2.9㏀
2)두 번째 단 : 달링턴 이미터 폴로어의 전압 이득은 거의 1이다.
Av2 1
3)전체 증폭기 : 전체 전압 이득은 첫 번째와 두 번째 단의 이득의 곱이다. 두 번째 단의 이득이 1에 가깝기 때문에 전체 이득은 첫 번째 단의 이득과 거의 같다.
Av(tot) = Av1Av2 = (-15.3)(1) = -15.3
4)전력이득
Ap = A²v(tot)(Rin(tot)1 / RL) = (-15.3)²(2.9㏀ / 16Ω) = 42,429
●시뮬레이션(Multisim11.0)
- 이론값과 시뮬레이션 Multisim을 사용하여 두 값을 비교해본다.
이론값 : 2.89V / 시뮬레이션 값 : 2.553V (오차발생)
이론값 : 5.81mA / 시뮬레이션 값 : 5.63mA (오차발생)
- 각 단의 파형
1) 트랜지스터 Q1 을 지난 후 신호 변화 (CH1 : V1 (C1을 지난 후 직류 차단) CH2 : Q1의 컬렉터 후 신호 증폭 및 반전)
2) 결합 케페시터 C3를 지난 후 신호 변화 없음.
3) 달링턴 이미터 플로어를 지난 후 신호 변화 미세하게 있음.
●실습
1)회로구성(저항값 변경 : 100Ω 2w/ 결합케페시터 : 0.47uF 2개 병렬연결)
2) VB 측정
이론값 : 2.89V / 시뮬레이션 값 : 2.553V / 실험 값 : 2.929V(오차발생)
3) IE 측정
이론값 : 5.81mA / 시뮬레이션 값 : 5.63mA / 실험 값 : 5.499 mA
(오차발생)
4) 트랜지스터 Q1 을 지난 후 신호 변화 (CH1 : V1 (C1을 지난 후 직류 차단) CH2 : Q1의 컬렉터 후 신호 증폭 및 반전)
5) 결합 케페시터 C3를 지난 후 신호 변화 없음.
6) 달링턴 이미터 플로어를 지난 후 신호 변화 미세하게 있음.
(위 그림과 비교)
●결론 및 고찰
이번 실험의 목적은 ①A급 증폭기의 이해 ,②이론값을 이해 한 후, 실제 실험 이해, ③이론값, 시뮬레이션, 실제 실험과의 비교였다. 실험을 하면서 느낀 것이지만 , 이론값과 실제 실험값과의 비교를 못하는 것이 가장 큰 문제였다. 특히, 달링턴 이미터 폴로어에서 왜 신호가 그대로 나와야 하는지 해석을 못했었다. 그런데 이론값에서 달링턴 이미터 플로어 전압 이득은 1 이기 때문에 원래의 신호가 그래도 나오는 것이 맞다.
공부를 하여 배운 이론을 실전에서 어떻게 사용을 하나 처음 레포트 과제를 받았을 때는 막막하였다. 차근차근 하다 보니 이론값과 실제 실험 한 값이 왜 이렇게 나왔는지, 이렇게 나와야 정답인지 구별을 할 수 있게 되었다.
실험을 하면서 의문점이 생겼다. 왜 이론값과 시뮬레이션 값과 실제 실험 값이 왜 다들 다를까. 생각을 해본 결과, ① 저항의 오차, ② 소자의 오차, ③ 계측기 자체의 오차 등 여러 요인들이 있는 것 같다. 그로 인하여 가장 이상적인 이론값에서 실제 실험값과 시뮬레이션 값에서의 오차가 발생 하는 것으로 보인다.
브레드 보드의 사용법 , 오실로스코프의 사용법 각종 기기의 사용법이 미숙 한 점을 알게 되었다. 처음 실험을 했을 때, 깔끔하게 회로를 않짜고 점프선도 길이에 안 맞게 길게 하고, 회로 해석도 잘못 하여 회로도 잘못 만들었다. 그럴 시에는 실험의 값이 전혀 않나오고 난감하기만 했다. 그리고 몇일 지나서 이번에는 깔끔하게 회로를 만들었더니, 처음 때 않나오던 신호도 나오고, 눈으로 보기도 쉬워서 잘못 구성된 회로를 쉽게 발견을 할 수 있었다.
저항 16Ω을 사용 안한 이유는, 0.5w짜리 저항 16Ω을 사용 결과 저항이 버티지 못하고 타버리는 현상이 발생했다. 그리하여 2w 100Ω이 실습실에 있어 그걸로 대처 하였더니, 저항이 타지 않고 잘 작동 하였다.
결합케페시터는 직렬로 연결하면 그것이 병렬이기 때문에 0.47uF짜리를 2개 직렬로 연결하여 0.235uF로 사용 했다.
이번 레포트를 통하여, 이론값을 배우면 늘 어떻게 쓰나 의문점이 들었는데, 이것을 잘 해소 할 수 있는 좋은 기회였다. 그리고 나의 부족한 부분이 무엇 인지를 알 수 있는 좋은 기회가 되었다.

키워드

전자회로,   A급 증폭기 회로 설계,   시뮬레이션 ,   달링턴 이미터 폴로어,   전력이득,   Multisim,   트랜지스터