Transcript 4-1 증폭기의 주파수 응답특성

CHAPTER 04
증폭기의 주파수 응답특성
Frequency Response of Amplifiers
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4장 증폭기의 주파수 응답특성
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목차
4장 증폭기의 주파수 응답특성
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4장 증폭기의 주파수 응답특성
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4.1 기초 다지기
4.1.1 주파수 응답특성이란?
4.1.2 보드 선도
4.1.3 BJT의 고주파 소신호 등가모델
4.1.4 MOSFET의 고주파 소신호 등가모델
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4.1.1 주파수 응답특성이란?
주파수 응답특성
 2장과 3장에서 신호의 주파수와 무관하게 증폭기의 이득이 일정한 값을
갖는다고 가정하였음
 실제의 증폭기는 결합 커패시터, 부하 커패시터, 트랜지스터 내부의 기
생 정전용량 성분들에 의해 영향을 받음
→ 신호의 주파수에 따라 출력이 달라지는 주파수 응답특성을 가짐
예) 가청 주파수(30 Hz~30 kHz) 범위의 신호를 증폭하는 오디오 증폭
기는 수 GHz 범위의 RF 신호를 증폭할 수 없음
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4.1.1 주파수 응답특성이란?
주파수 응답특성
 보드 선도(bode plot)
 주파수에 따른 증폭기 이득의 변화를 나타낸 그래프
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4.1.1 주파수 응답특성이란?
주파수 응답특성
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4.1.1 주파수 응답특성이란?
주파수 응답특성
 중대역(mid-band frequency) 응답특성
 주파수에 무관하게 일정한 이득 |𝐴𝑚|𝑑𝐵 을 갖는 영역
 증폭기 회로를 구성하는 결합 및 바이패스 커패시터와 트랜지스터 내부의 기
생 커패시턴스의 영향이 무시될 수 있을 정도로 작음
 저주파(low frequency) 응답특성
 주파수가 작아질수록 증폭기 이득이 감소하는 특성을 나타냄
 하측 차단주파수(lower cut-off frequency) 𝒇𝑳 ; 중대역 이득보다 3dB 감소
하는 임계 주파수
 결합 커패시터와 바이패스(bypass) 커패시터에 의해 𝒇𝑳 이 결정됨
 트랜지스터 내부의 기생 커패시턴스의 영향은 무시할 수 있을 정도로 작음
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4.1.1 주파수 응답특성이란?
주파수 응답특성
 고주파(high frequency) 응답특성
 주파수가 커질수록 증폭기 이득이 감소하는 특성을 나타냄
 상측 차단주파수(upper cut-off frequency) 𝒇𝑯 ; 중대역 이득보다 3dB 감소
하는 임계 주파수
 트랜지스터 내부의 기생 커패시턴스에 의해 𝒇𝑯 가 결정됨
 결합 및 바이패스 커패시턴스의 영향은 무시할 수 있을 정도로 작음
 대역폭(bandwidth)
 증폭기 이득이 주파수에 무관하게 일정한 값을 갖는 𝒇𝑳 ~ 𝒇𝑯 사이의 영역
 이득-대역폭 곱(gain-bandwidth product)
 중대역 이득의 크기와 대역폭의 곱
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4.1.1 주파수 응답특성이란?
주파수 응답특성
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4.1.2 보드 선도
점근 보드 선도(asymptotic bode plot)
 증폭기 전달함수
 전달함수의 크기에 대한 점근 보드 선도
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4.1.2 보드 선도
전달함수 크기의 점근 보드 선도
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4.1.2 보드 선도
[예제 4-1]
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4.1.2 보드 선도
[예제 4-2]
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4.1.2 보드 선도
[예제 4-2]
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데시벨(Decibel)의 정의
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4.1.3 BJT의 고주파 소신호 등가모델
BJT의 고주파 소신호 등가모델
 BJT의 구조적인 요인에 의해 내부적으로 기생 커패시턴스성분이 존재함
 증폭기의 상측 차단주파수 𝒇𝑯 에 영향을 미침
 증폭기의 고주파 응답특성을 해석하기 위해서는 BJT 소자 내부의 기생 커패시
턴스 성분이 고려된 고주파 등가모델을 사용해야 함
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4.1.3 BJT의 고주파 소신호 등가모델
BJT의 고주파 소신호 등가모델
 순방향 바이어스된 이미터-베이스 접합
 확산 커패시턴스성분 𝑪𝝅 가 존재함(수~수 십 pF 범위의 값)
 순방향 전압변화 𝒅𝑽𝒃𝒆 에 의해 베이스 영역으로 주입되는 소수 캐리어의
변화 𝒅𝑸𝒃 를 나타냄
 역방향 바이어스된 베이스-컬렉터 접합
 공핍영역에의한 접합 커패시턴스 𝑪𝝁 가 존재(수 십 분의 1~수 pF 범위의 값)
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4.1.3 BJT의 고주파 소신호 등가모델
BJT의 고주파 소신호 등가모델
 베타(β) 차단주파수 𝒇𝜷
 BJT의 컬렉터가 단락된 상태에서 순방향 단락(short-circuit) 전류이득의 상측
차단주파수
 단위이득(unity-gain) 주파수 𝒇𝑻
 BJT의 순방향 단락 전류이득의 크기가 1이 되는 주파수
 단위이득 대역폭(unity-gain bandwidth)이라고도 함
 BJT가 전류를 증폭할 수 있는 최대 임계 주파수를 나타냄(𝒇𝜷 < 𝒇𝑻 )
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4.1.4 MOSFET의 고주파 소신호 등가모델
[예제 4-3]
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4.1.4 MOSFET의 고주파 소신호 등가모델
MOSFET의 고주파 소신호 등가모델
 MOSFET의 구조적인 요인에 의해 내부적으로 기생 커패시턴스성분이 존재함
 증폭기의 상측 차단주파수 𝒇𝑯 에 영향을 미침
 증폭기의 고주파 응답특성을 해석하기 위해서는 MOSFET 소자 내부의 기생
커패시턴스 성분이 고려된 고주파 등가모델을 사용해야 함
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4.1.4 MOSFET의 고주파 소신호 등가모델
MOSFET의 고주파 소신호 등가모델
 게이트-소오스 커패시턴스; 𝑪𝒈𝒔
 게이트-드레인 커패시턴스; 𝑪𝒈𝒅
 드레인-기판의 접합 커패시턴스; 𝑪𝒅𝒃
 MOSFET의 단위이득(unity-gain) 주파수 𝒇𝑻
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4.1.4 MOSFET의 고주파 소신호 등가모델
[예제 4-4]
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