전자 회로

어제 전기 수학 내용 정리를 마치고

 

오늘 새벽에 전자 회로에 대한 내용들을 살펴봤다.

 

그나마 전기 수학에서 RLC에 대한 개념 들을 잡고 나서

 

보니 조금은 이해가 되는 편이었지만

 

쉽진 않더라

 

1. 전자 회로

전기 회로

- 저항(R), 코일(L), 콘덴서(C)로 이루어진 회로

 

전기 회로

- RLC외 다이오드, 트랜지스터 등 반도체 소자를 포함하는 회로

 

소자

 

전자 회로의 종류

1. 증폭 회로

2. 발진 회로

3. 변조 회로

4. 복조 회로

5. 필터

6. 연산 증폭기

7. 논리 회로

8. 전원 회로

 

 

증폭 회로

- 입력 신호를 크게 만들어 출력(증폭기 : Amplifier)

 

발진 회로

- 정현파 같은 교류 신호를 만들어냄

 

변조 회로

- 고주파의 진폭 크기나 주파수를 변조하는 회로

- FM(Frequency Modulatioin) : 주파수 변조

- AM(Amplitude Modulation) : 진폭 변조

 

복조 회로

- (TV나 라디오로) 수신한 신호에서 음성 등을 추출하는 회로

- Demodulation

 

필터

- 특정 주파수 대 신호를 추출

 

연산 증폭기

- OP(Operational)-Amplifier 오피 앰프

- 미분/적분/발진 회로 만드는데 사용.

 

논리 회로

- 논리 연산하는 회로

 

전원 회로

- AC 어댑터 : 교류를 직류로 변환

-> 마이너스 전압 성분을 제거 -> 평활 회로로 평탄화 -> 일정한 직류 전압 출력

 

라디오

- 듣고싶은 채널 신호 수신하여 소리로 출력

1. 안테나에서 수신

2. 동조 증폭 회로 : 원하는 주파수 추출

3. 복조 회로 : 음성 신호 추출

4. 저주파 증폭 회로 : 음성 신호 증폭

5. 스피커에서 출력

 

연산 증폭기

- 증폭률이 아주 큼

- V+와 V-의 전위차는 0(전압이 동일)으로 간주

- 저항이 매우 커 OP앰프에는 전류가 거의 들어가지 못함

 

적분 회로

-> 전류의 입력 성분들이 콘덴서로 빠져나감.

 

미분 회로

 

논리 회로

- 컴퓨터에서 0과 1로 나타내는 회로

- 0은 0V(LOW), 1은 5V(HIGH)를 의미

- 논리회로로 구성하는 회로를 디지털 회로라 부름.

- 다이오드를 이용해서 논리합(OR)과 논리곱(AND) 회로를 만들 수 있음.

 

AND 회로

- A, B가 1일때 -> 다이오드에 순방향 전압이 걸리지 못함 -> Vo는 1이 됨.

- A, B 둘중 하나라도 0이면 -> 다이오드에 순방향 전압이 걸림 -> Vo는 0이 됨.

OR 게이트

- A, B 둘중 하나라도 1 -> 다이오드를 지나감 -> Vo는 1

- A, B 둘다 0 -> 다이오드 지나가지 못함 -> Vo는 0

 

NOT 게이트

- A가 1이면 콜렉터 전류가 흘러나가버림

- A가 0이면 베이스-이미터 사이 순방향 전류가 흐르지 않음 -> 1이 출력됨

2. 트랜지스터 구조

 J-FET

- 접합형 전계 효과 트랜지스터(Junction Field Effect Transistor)

- N 채널 : 소스 전극 (S)와 드레인 전극 (D)를 가진 N형 반도체로 이루어진 얇은 층

- 게이트 : P 형 반도체 2개를 접합하여 전극을 연결한 것

 

J-FET 동작 원리

- 게이트와 소스 사이에 역방향 바이어스(동작 시키기 위한 직류 전압) V_GS를 검.

-> 게이트 P형 반도체와 N 채널 사이 공핍층이 형성

-> 드레인에서 소스에 흐르는 전류 I_D는 N 채널 대부분 통과

- 게이트에서 전류가 거의 흐르지는 않고, 드레인 전류를 게이트 전압에 따라 제어할 수 있음.

* V_DS가 일정하게 유지 하는 경우, V_GS의 크기가 커지면 공핍층이 넓어짐

 -> 공핍층이 넓어져 N 채널을 막은 경우 드레인 전류 I_D는 흐르지 못함. 이 때 V_GS를 핀오프 전압

* J-FET에선 핀오프 전압 이하에서 운용함.

 

바이폴라 트랜지스터와 FET의 차이

- 바이폴라 트랜지스터는 전자와 정공 두개가 동작하므로 바이폴라(바이는 2를 의미)라고 함.

 + 컬렉터 전류를 베이스 전류로 제어하는 전류 제어 방식

- FET는 캐리어 하나가 동작하므로 유니폴라 트랜지스터라고 함.

 + 게이트 전압에 따라 드레인 전류를 제어하는 전압 제어 방식

 

3. 전기 회로 관련 지식

 

RLC 병렬 회로

- 병렬 공진 성즐로 동조 증폭기 만들 수 있음 -> 특정 주파수 증폭

h 파라미터 등가 회로 1

- 트랜지스터로 회로 해석을 할수 없음

-> 저항, 전압, 전류원으로 표현 - 이때 필요한 지표

- h_i : 입력 임피던스 - 입력에서 본 저항

- h_r : 역방향 전압 이득 - 입력 전압이 출력 전압의 몇 배인지 의미

- h_f : 전류 이득 - 출력 전류가 입력 전류의 몇배인지

- h_o : 출력 컨덕턴스 - 출력측에서 본 저항 성분의 역수

h 파라미터 등가 회로 2

- h 파라미터 등가회로에서 이미터 접지의 경우 h_ie, h_re 등으로 표기.

 

h 파라미터 등가 회로 간략화

- h_fe는 전류 증폭률 이므로 중요

- h_re/h_oe는 작으므로 무시 가능

4. 동조 증폭 회로

 

동조 증폭 회로

- 필요한 주파수 성분만 추출해서 증폭

 

진폭 변조파

- AM 라디오에서 사용. 반송 주파수 f_m에 음성 스펙트럼을 추가한 것

 

스펙트럼

- 가로 축을 주파수, 세로 축을 신호 크기로 한것

 

진폭 변조파의 파형

 

동조 증폭 회로

- 이미터 접지 증폭 회로와 비교할 때, 입력 부분에 저항 r_i, 코일 L, 콘덴서 C가 결합됨.

- 코일 L에 손실저항 r_c가 있어 해석이 어려우므로 직렬 임피던스를 병렬로 등가 변환

교류 등가 회로

- 직류 전원 V_cc에는 교류 성분이 없으므로 x

- 콘덴서 C_c도 임피던스가 작다고 간주하여 x

고주파 등가 회로

- r_be : 베이스-이미터 사이 저항

- C_be : 베이스-이미터 사이 기생용량

- C_M : 고주파 때 베이스-콜렉터 사이에 나타나는 미러 효과를 고려한 기생용량

- 기생 용량 : 베이스-이미터 사이에 교류 신호를 줄 시 콘덴서 처럼 되는 현상

 * 주파수가 클수록 기생용량도 커짐

- 미러 효과 : 고주파일 때 용량이 G_m * R_L배 커지는 현상

고주파 등가 회로 간략화

- 이미터 접지 증폭 회로의 h 파라미터 등가 회로의 출력부분 전류원 h_fe i_b를 전류 대신 전압 V_be로 바꿔서 고려.

 

동조 증폭 회로에 대한 고주파 등가 회로

 

동조 증폭 회로에 대한 고주파 등가 회로 간략화

- C' = C + C_be + Cm

- R = r_i // R_p // r_be

 

동조 증폭기에서 전류 증폭률 주파수 특성

- 전류 증폭률 Ai = 입력 측 전류 i_i / 출력측 전류 i_L

 

- 공진 주파수 : 입력측에 흐르는 전류가 최대로 되는 각 주파수

- 공진 회로 양호도 : 이 값이 클수록 공진 주파수에서만 A_i가 커지고 나머지에선 작아짐

-> 공진 주파수에서 전류 증폭률이 가장 큼

-> 듣고 싶은 방송국 주파수 f[Hz]에 2* pi를 곱한 것이 공진 주파수와 같도록 콘덴서 값을 조절

=> 해당 전파 주파수를 추출

 * 동조 증폭 회로에서 얻은 신호 파형은 변조된 파형이므로 AM 변조파에서 음성 성분을 추출해야함.

- w_h, w_L은 최대 전류 증폭률에서 3dB 감소하는 주파수

트랜지스터에서 발생하는 기생 용량

- 고주파일때 PN 접합부에서 발생하며 다음과 같이 콘덴서가 존재하게 됨

5. 복조 회로

 

복조 회로

- 동조 증폭기에서 증폭된 변조파로부터 음성 신호를 추출하는 것

- AM 변조파 복조 시 직선 검파 회로 사용

 

직선 검파 회로

- 순방향 전류만 출력

 

 

복조 출력

- 직선 검파 회로 통과 후 필터로 복조 출력을 얻음

 

포락선 검파

- 직선 검파회로의 출력단에 병렬로 콘덴서를 연결 한 것

-> 이 출력 전압을 저역 필터에 통과하면 음성 신호 파형에 가까워짐 

 

필터

- 고역 필터, 저역 필터

 

저역 필터

- 낮은 주파수 성분 통과

- 각 주파수가 커지면 전압 이득 A_v는 0이 되므로 높은 주파수를 제거

고역 필터

- 저역 필터의 저항과 콘덴서를 바꾸면 됨

- 직선 검파 회로의 출력단에 연결하여 음성 신호를 만듬.