오디오 증폭기 설계(전자회로실험)

소개글

오디오 증폭기 설계(전자회로실험)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 이론적 배경
3. 사용 장비 및 부품
4. 실험 과정 및 결과
5. 고찰

본문내용

서 사용한 소자를 이용하여 PCB 기판에 그대로 옮겨 회로를 구성한 뒤 납땜을 하여 연결하였다. 위의 좌측 그림에서 위에부터 + , GND, , , - 순으로 회로를 구성했다.
먼저 회로를 구성한 뒤 전원을 인가하여 출력 직류 전압을 0V로 맞추고 직류전압을 측정한 결과는 아래의 표와 같다.
TR
EBC
Pspice
브레드 보드
PCB 기판
Q1
E
1.107V
1.038V
0.942V
B
0.426V
0.412V
0.316V
C
-16.30V
-16.2V
-16.3V
Q2
E
1.107V
1.038V
0.942V
B
0.426V
0.420V
0.317V
C
-16.26V
-16.278V
-16.24V
Q3
E
-16.99V
-16V
-16.9V
B
-16.30V
-16.2V
-16.24V
C
-1.078V
-1.168V
-1.17V
Q4
E
-1.078V
-1.168V
-1.17V
B
-0.402V
X
X
C
1.044V
1.167V
1.167V
직류 전압 측정 결과는 대체적으로 Pspice 및 브레드보드 구성시에 측정한 값과 비슷했다. 하지만 더미저항을 연결하고 출력 직류 전압의 범위가 -0.110V~+0.060V로 대칭을 이루지 못했고 Pspice 값과 차이를 보였다. 출력 단의 바이어스 전류는 3.3mA~10mA가 측정되었다.
출력 직류 전압을 0으로 맞추고 아이들링 전류를 크로스오버 왜곡이 생기지 않을 정도로 인가한 뒤 출력 파형을 관찰했다.
그림 4.3.2 더미저항 연결 전 입력 1 1kHz인가 입출력 파형
더미저항 연결 전 입력에 1, 1kHz 정현파를 인가한 뒤 입출력 파형을 관찰하여 전압이득을 측정하였다. 출력은 20.8가 측정되었고 이를 이용하여 전압이득 =20.8V/V가 나와 조건에 만족함을 확인할 수 있었다.
그림 4.3.3 입력 1.5 1kHz(좌측), 1.9 1kHz(우측) 인가 후 왜곡 관찰
위의 그림처럼 입력 를 증가시켜가며 출력에 왜곡이 생기는 피크 전압을 측정하였다. 입력이 1.5일 때 출력 파형의 아랫부분에서 파형의 왜곡이 생기기 시작하였고 최소 전압은 -14.8V였다. 입력이 1.9일 때는 파형의 윗부분에서도 왜곡이 생겼는데 최대 전압은 17.2V였다.
그림 4.3.4 1kHz 인가(좌측)와 20kHz 인가(우측) 비교
더미저항을 연결하기 전 마지막으로 주파수에 따른 출력 파형을 비교해봤다. 좌측의 그림은 Time/div=200μs, 우측의 그림은 Time/div=10μs로 주파수가 우측 그림이 20배 즉 20kHz를 인가했음을 확인할 수 있다. 좌우측 그림을 비교해봤을 때 출력의 파형이 차이가 없고 주파수가 증가하거나 감소해도 파형에 왜곡이 생기지 않음을 확인할 수 있었다.
다음으로 더미저항을 연결한 뒤 위 과정을 반복하였다.
그림 4.3.5 더미저항 연결 후 입력 1 1kHz인가 입출력 파형
더미저항 연결 후 입력에 1, 1kHz 정현파를 인가한 뒤 입출력 파형을 관찰하여 전압이득을 측정하였다. 출력은 20.6가 측정되었고 이를 이용하여 전압이득 =20.6V/V가 나와 조건에 만족함을 확인할 수 있었다.
그림 4.3.6 입력 1.5 1kHz(좌측), 1.9 1kHz(우측) 인가 후 왜곡 관찰
위의 그림처럼 입력 를 증가시켜가며 출력에 왜곡이 생기는 피크 전압을 측정하였다. 입력이 1.5일 때 출력 파형의 아랫부분에서 파형의 왜곡이 생기기 시작하였고 최소 전압은 -14.6V였다. 입력이 1.9일 때는 파형의 윗부분에서도 왜곡이 생겼는데 최대 전압은 14.9V였다.
그림 4.3.4 1kHz 인가(좌측)와 20kHz 인가(우측) 비교
더미저항을 연결한 후 주파수에 따른 출력 파형을 비교해봤다. 좌측의 그림은 Time/div=200μs, 우측의 그림은 Time/div=10μs로 주파수가 우측 그림이 20배 즉 20kHz를 인가했음을 확인할 수 있다. 좌우측 그림을 비교해봤을 때 출력 파형의 크기 차이가 없고 주파수가 증가하거나 감소해도 파형에 왜곡이 생기지 않음을 확인할 수 있었다.
검토 사항
최종적으로 기판에 옮겨 오디오 증폭기를 제작하는데 많은 시간이 걸렸다. 브레드 보드와 달리 연결을 위해 납땜도 해야하고 소자 배치도 작은 공간에보기 쉽게 배치하고 납땜할 때 약간 여유를 둘 수 있게 하다보니 생각하는데 시간이 꽤나 걸렸다. 결과 값 측정 과정에서 기판에 커넥터를 연결하여 측정할 때 출력 전압이 예상과 크게 다르게 측정되어 실험을 진행할 수가 없었다. 커넥터를 연결하지 않고 기판에 직접 연결하여 측정하였을 때는 직류 전압이 원하는 값이 나왔지만 커넥터에만 연결하면 잘 안되는 문제를 해결하지 못해 교수님께 조언을 구하니 기판과 커넥터가 연결되는 부분을 깔끔하게 정리하고 연결 부위에 아주 얇게 납땜 칠을 해서 좀 더 전달이 잘 될 수 있도록 하여 문제를 해결할 수 있었다. 출력 직류 전압과 출력 단의 바이어스 전류가 Pspice로 예상했던 결과와는 달라서 약간 아쉬웠다. 시간이 조금 더 있다면 소자값들을 수정하여 이 문제를 해결할 수 있을 것 같다.
5. 고찰 마지막 실험인 오디오 증폭기 설계를 통해 지금까지 전자회로시간에 배워왔던 이론과 실험한 내용들을 종합적으로 공부하고 확인할 수 있어 유익했다. 설계한 오디오 증폭기에서 스피커를 연결해 소리를 들어볼 때가 가장 뿌듯했던 시간인 것 같다. 약 한달 간의 설계 과정 중 많은 시행착오가 있었지만 최종적으로 완성하고 나니 의미있는 한달 간의 시간이였다고 생각한다. 전자회로2를 전자회로실험 담당 교수님과 다른 교수님의 강의를 듣다보니 배운 내용중에 비슷한 부분도 있지만 다른 부분도 있어 실험하는데 어려운점이 약간 있었다. 같은 강의를 들었다면 이번 오디오 증폭기 설계를 하는데 좀 더 이해할 수 있고 더 완벽하게 만들 수 있지 않았을까 생각이 든다. 앞으로도 이러한 설계를 할 일이 많을거라 생각이 되는데 이번 설계를 기점으로 자신감을 갖고 더 완벽하고 창의적인 설계를 할 수 있을 것 같다. 처음 전자회로실험을 들을 때 Pspice 사용법도 몰라서 허덕였지만 이번 학기가 끝나는 지금은 단축키도 사용하며 익숙하게 다루는 모습을 보면 이번 실험으로 확실히 배운점이 많다고 생각이 든다.

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