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전자회로
백주기 교수
단국대학교 대학원 통신공학 석사과정
단국대학교 대학원 통신공학 박사졸업
단국대학교 대학원 통신공학 석사과정
단국대학교 대학원 통신공학 박사졸업
인천대학교
현) 유니와이즈 전임교수
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총 12개 챕터, 86강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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[1강] 오리엔테이션
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전자회로 개요 및 학습 전략
* 전자회로 정의: 다이오드, TR, FET 등 능동소자를 활용하여 증폭, 발진, 논리 게이트를 구현하는 학문. * 회로이론 기초: 수동소자 중심의 RLC 이론을 기반으로, 능동소자의 동작 원리 및 응용을 심층 학습. * 주요 학습 내용: 연산증폭기, 집적회로, 디지털 논리회로 등 시스템 설계 및 응용 원리 분석. |
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| 1장. 전자공학과 반도체 | ||
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[2강] 신호
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전자회로 기초: 신호, 회로 기본 법칙 및 등가회로
• 전자회로 기본 개념: 신호 정의, 전압/전류/저항 등 회로 요소 이해, 옴의 법칙 및 키르히호프 법칙(KVL, KCL) 적용으로 회로 분석 기초 확립. • 전압/전류 분배 법칙: 직렬 및 병렬 연결 회로에서 특정 소자에 걸리는 전압 및 흐르는 전류를 효율적으로 계산하는 방법 습득. • 테브냉/노턴 등가회로: 복잡한 선형 회로를 등가 전압원/전류원과 등가 저항으로 간략화하고 상호 변환하여 회로 분석 및 설계 역량 강화. |
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[3강] 신호의 주파수 스펙트럼
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전자회로 3강. 신호의 주파수 스펙트럼
• 주파수 스펙트럼: 신호의 주파수 성분 분석, 오실로스코프 및 스펙트럼 분석기를 통한 시간/주파수 영역 특성 이해. • 신호 파라미터: 주기, 주파수, 최대치, 첨두치, 순시치, 평균치, 실효치 등 신호의 핵심 특성 정의 및 계산. • 스펙트럼 분석 기법: 주기/비주기 함수에 대한 푸리에 급수/변환 적용, 고조파 개념과 스펙트럼 형태 분석. |
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[4강] 아날로그 신호와 디지털 신호
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아날로그 및 디지털 신호 변환 기본 개념과 응용
• **A/D 변환**: 아날로그 신호를 표본화, 양자화, 부호화하여 디지털 신호로 변환하는 과정과 양자화 오차 발생 원리. • **D/A 변환**: 디지털 신호를 복호화 및 저역통과 필터를 통해 아날로그 신호로 재구성하는 절차. • **신호 정의 및 기본 용어**: 아날로그·디지털 신호 특성, 비트·디지트·워드 등 핵심 단위 정의 및 혼재 모드 설계 중요성. |
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[5강] 증폭기
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전자회로 증폭기 기본 개념 및 특성
* 증폭기 기본 개념: 입력 신호를 증폭하는 전자회로로, 선형/비선형 특성 및 전압/전류/전력 증폭기 종류로 정의. * 이득 및 데시벨(dB): 출력 대 입력 비율로 정의되며, 전력 이득 10log, 전압/전류 이득 20log 방식으로 효율적 표현. * 증폭기 전력 특성: DC 공급 전력, 효율 및 내부 소비 전력 이해와 포화로 인한 신호 왜곡 관리 원리. |
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[6강] 증폭기의 회로모델
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전자회로 증폭기 회로모델 특성화 및 이득 계산
* 전자회로 증폭기 회로 모델: 등가회로를 활용한 증폭기 특성 분석과 전압 이득, 입력/출력 저항 파라미터 정의 * 증폭기 이득 계산: dB 스케일 변환, 다단 증폭기 이득 산출, 이상적 증폭기 및 전류/전달 유형별 특성 파악 * 증폭기 파라미터 측정: 입력 및 출력 저항 측정 기법과 트랜지스터 증폭기 이득($G_M$, $\beta$) 관계 분석 |
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[7강] 증폭기와 주파수 응답
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증폭기와 주파수 응답 개념 완성
• 증폭기 주파수 응답: 입력 주파수별 증폭 특성 분석 (크기/위상 스펙트럼), LPF/HPF/BPF 필터 유형 및 전달함수 원리 학습 • RC 회로 전달함수: 차단 주파수($\omega_0$), 시정수, 3dB 주파수, 단위이득 주파수 등 핵심 필터 파라미터 정의 및 계산 • 증폭기 필터 특성: 내부/결합 커패시터 영향으로 인한 고주파 LPF, 저주파 HPF 동작 및 밴드패스 필터 특성 분석 |
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[8강] 진성 반도체
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진성 반도체 개념 및 원리
* 진성 반도체 개념: 가전자의 이온화를 통한 자유전자·전공 생성 원리 및 전기 전도성 정의. * 에너지 밴드 이론: 가전자대·전도대·밴드갭 구조로 반도체 특성을 설명하고, 공유 결합 파괴를 통한 캐리어 생성 과정. * 진성 캐리어 농도: 자유전자와 전공의 곱셈 법칙($np=n_i^2$) 및 온도에 따른 $n_i$ 변화를 통한 반도체 특성 정량 분석. |
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[9강] 도핑된 반도체, 반도체에서의 전류 흐름
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도핑된 반도체와 전류 흐름
• 도핑된 반도체: 불순물 첨가를 통한 N형(전자 다수) 및 P형(정공 다수) 반도체 생성 원리 및 전도성 조절 • 반도체 전류 흐름: 외부 전계에 의한 드리프트 전류, 농도 기울기에 의한 확산 전류 발생 메커니즘 이해 • 아인슈타인 관계식: 이동도, 확산 계수, 전도도, 비저항 등 캐리어 특성과 열 전압의 상호 관계 정립 |
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[10강] pn접합
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PN 접합의 기본 원리 및 전압-전류 특성
• PN 접합: P형·N형 반도체 접합에서 다수 캐리어의 확산 전류와 소수 캐리어의 드리프트 전류 평형으로 공핍 영역이 형성되는 핵심 반도체 소자 원리. • 공핍 영역 특성: 캐리어 고갈로 전계 및 빌트인 전압($V_0$)이 발생하며, 그 폭과 전하량은 온도·도핑 농도에 따라 결정됩니다. • 외부 바이어스 효과: 순바이어스 시 공핍층 폭·전하량 감소, 역바이어스 시 증가하여 전자 소자 동작을 제어합니다. |
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[11강] 인가 전압을 가진 pn접합
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인가 전압 pn접합 다이오드 특성 및 항복 현상
• pn접합 다이오드는 인가 전압(순방향/역방향)에 따라 공핍층 특성 및 소수 캐리어 농도가 변화하며 전류 흐름을 결정. • 다이오드 전류는 캐리어 확산에 의해 발생하며, 쇼클리 다이오드 방정식으로 표현되고 포화전류 $I_S$는 온도 및 접합 면적에 비례. • 역방향 항복 현상은 애벌랜치 효과(다이오드 파괴)와 제너 효과(전압 조절)로 구분되며 다이오드의 응용 및 안정성에 영향. |
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[12강] pn접합에서의 전기용량효과
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pn접합의 전기용량 효과 및 정전용량 메커니즘 분석
• 접합 커패시턴스($C_j$): 역바이어스 시 공핍 영역의 전하 축적 원리 및 인가 전압의 제곱근에 반비례하는 정전용량 특성 분석 • 확산 커패시턴스($C_d$): 순바이어스 시 소수 캐리어 주입에 의한 전하 저장 메커니즘과 순방향 전류 및 평균 통과 시간의 상관관계 정리 • 고속 고주파 동작 조건: 리액턴스 성분 감소를 위한 평균 통과 시간($\tau_T$) 단축 필요성 및 접합 구조별(계단·경사) 정전용량 변화율 규정 |
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| 2장. 연산증폭기 | ||
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[13강] 이상적인 연산증폭기
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이상적인 연산 증폭기의 개념과 특성
• 연산 증폭기 (OP-Amp) 개념: 다용도성과 이상적 특성으로 전자 회로에 널리 활용되는 증폭 소자. • 이상적인 OP-Amp 특성: 무한대 입력 저항·0 출력 저항·무한대 공통 모드 제거비·무한대 개방 루프 이득(가상 단락)·무한대 대역폭을 통해 이상적인 증폭 및 비교 기능을 수행. • OP-Amp 신호 처리: 차동 모드 입력 증폭 및 동상 모드 입력 제거 원리로 동작하며, 양전원 공급을 통해 양방향 신호 출력을 지원. |
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[14강] 반전 구성과 비반전 구성
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반전 및 비반전 OP-Amp 구성과 응용
* **OP-Amp 기본 원리**: 부귀환, 가상 단락 및 가상 접지 가정을 활용하여 연산 증폭기 회로의 안정성과 해석 기반을 제공. * **반전 증폭기**: $G_V = -R_2/R_1$ 이득, 입력 신호와 180도 역상 출력, 그리고 입력 저항 $R_1$을 통해 신호 증폭을 구현. * **비반전 증폭기 및 전압 폴로워**: $G_V = 1+R_2/R_1$ 이득, 입력 신호와 동위상 출력, 높은 입력 저항으로 신호 버퍼링 기능 제공. |
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[15강] 차동 증폭기
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차동 증폭기 개요 및 설계
• 차동 증폭기 개념: 두 입력 신호의 차이를 증폭하고 공통 신호를 제거하며, 성능 지표인 CMRR로 우수성을 측정. • 계측 증폭기: 기본 차동 증폭기의 낮은 입력 저항을 개선하여 높은 입력 임피던스와 가변 이득을 제공하는 회로 구조. • 개선된 계측 증폭기 및 설계: 단일 가변 저항으로 이득 조절을 용이하게 하고 공통모드 제거 능력을 극대화하여 특정 이득 범위의 회로를 설계. |
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[16강] 적분기와 미분기
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적분기와 미분기 회로 분석
* **적분기와 미분기 회로 분석**: 연산 증폭기를 이용한 입력 신호의 적분/미분 연산 기능과 저역통과/고역통과 필터 특성 이해. * **적분기 직류 문제**: 직류 이득 무한대 포화 현상을 궤환 저항 병렬 추가로 해결하여 회로 안정성 확보. * **미분기 잡음 문제**: 고주파 잡음 증폭 및 불안정성을 입력 직렬 저항 추가로 완화, 설계 시 안정성 고려. |
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[17강] 직류 결함
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직류 결함: Op-Amp 오프셋 전압 및 전류 문제 해결
• 직류 결함: Op-Amp 오프셋 전압(vOS), 바이어스/오프셋 전류(IB, IOS)가 입력 신호 부재 시 출력 직류 전압을 발생시키는 현상. • 오프셋 전압/전류 제거: 커패시터 결합, R3 저항 삽입으로 입력 임피던스 균형 및 직류 경로를 형성하여 출력 전압을 감소. • 적분기 직류 문제 해결: 피드백 저항(RF) 추가로 오프셋 전류 경로를 제공하나, 온도 변화 및 비이상적 동작의 한계가 존재. |
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[18강] 유한 개방 이득과 대역폭
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유한 개방 이득과 대역폭, 대신호 동작
* 실제 연산 증폭기 주파수 특성: 유한 이득·대역폭, 주파수 보상 통한 안정화, 단위 이득 대역폭($f_t$)과 이득-대역폭 곱 개념 * 연산 증폭기 대신호 동작 제한: 출력 전압 포화·전류 제한, 슬루율(SR)에 의한 비선형 왜곡 발생 원리 * 전전력 대역폭($f_M$) 분석: 정격 출력 전압에서 슬루율 제한으로 왜곡 시작 주파수 정의 및 안정 동작 범위 설정 |
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| 3장. 다이오드 | ||
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[19강] 이상적인 다이오드
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이상적인 다이오드 회로 분석
• 이상적인 다이오드: 순방향 시 단락 회로, 역방향 시 개방 회로로 동작하는 비선형 소자 특성 • 다이오드 응용 회로: AC-DC 변환 정류기 회로 및 논리 게이트 구현 원리 • 회로 해석 방법: 다이오드 ON/OFF 상태를 가정하고 KCL/KVL을 적용하여 일관성 검증 |
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[20강] 접합 다이오드의 단자특성
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접합 다이오드의 단자 특성
• 접합 다이오드 i-v 특성: 순바이어스, 역바이어스, 항복 영역으로 구분하여 동작 원리 및 핵심 파라미터 정의. • 순바이어스 영역: $I=I_S(e^{V/V_t}-1)$ 근사식으로 전류-전압 관계를 정의하고, 열 전압($V_t$) 및 포화 전류($I_S$)의 온도·접합 면적에 따른 특성 변화 분석. • 역바이어스 및 항복 영역: 미소 역방향 포화 전류($I_S$)와 누설 효과, 항복 전압($V_{ZK}$)을 통한 다이오드 파괴 및 제너 다이오드 동작 원리 이해. |
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[21강] 다이오드의 순방향 특성 모델
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다이오드 순방향 특성 모델
• 다이오드 순방향 모델: 지수, 정전압 강하, 이상 모델을 활용하여 다이오드 동작을 근사화하고 회로를 분석. • 소신호 모델: DC 바이어스 상 작은 AC 신호에 대한 다이오드의 동적 응답을 증분 저항 $r_d = V_T/I_D$로 분석. • 다이오드 전압 조정: 소신호 모델을 통해 입력 전압 및 부하 변동에도 출력 전압을 일정하게 유지하는 특성 파악. |
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[22강] 제너 다이오드
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제너 다이오드 개요 및 특성
• 제너 다이오드: 역방향 항복 영역에서 일정한 전압을 유지하며 전압 조정기 기능을 수행. • 주요 특성: 무릎 전류, 시험 전류, 제너 전압, 증분 저항으로 동작 원리 분석 및 모델링을 통한 회로 분석 가능. • 온도 영향 및 방지: 온도계수(TC) 특성을 이해하고, 상반된 TC를 가진 다이오드 직렬 연결로 제너 전압 온도 변화를 보상. |
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[23강] 정류기 회로
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정류기 회로의 종류 및 원리 분석
• 정류기 회로: AC를 DC로 변환하는 반파·전파(중간 탭, 브리지) 유형별 출력 파형 및 PIV(최대 역전압) 분석 • 필터 커패시터 정류: 리플 전압($V_r$) 발생 원리, 감소 방안 및 다이오드 도통 기간에 따른 전류 특성 파악 • 정밀 정류기: 연산 증폭기를 활용, 다이오드 문턱 전압 한계 극복 및 낮은 전압 신호의 정밀 정류 구현 |
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[24강] 리미팅 회로와 클램핑 회로, 특수 다이오드 진행
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전자회로 리미팅 및 클램핑 회로와 특수 다이오드
• 리미팅 및 클램핑 회로: 신호 진폭 제한 및 DC 레벨 조정 원리, 단일/이중 리미터 및 직류 복원기 구조 학습 • 전압 배가기: 다이오드와 커패시터 조합을 통한 입력 전압 N배 증폭 원리 및 구성 이해 • 특수 다이오드: 쇼트키(고속 스위칭), 버랙터(가변 정전용량), 광(광-전기 변환), 발광(전기-빛 변환) 다이오드의 특성과 응용 분석 |
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| 4장. 바이폴라 접합트랜지스터 | ||
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[25강] 소자구조와 물리적인 동작 (1)
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바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT) 소자 구조와 물리적 동작
* 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT): 전자와 정공을 활용하는 전류 제어 3단자 소자로, NPN/PNP 구조를 가지며 신호 증폭 및 스위치 회로에 활용. * BJT 동작 모드: 이미터-베이스 및 컬렉터-베이스 접합의 바이어스 조건에 따라 활성(증폭기), 차단(스위치), 포화(스위치) 모드로 분류. * BJT 활성 모드 동작 및 전류 이득: 이미터-베이스 순방향, 컬렉터-베이스 역방향 바이어스에서 $V_{BE}$에 지수 의존하는 컬렉터 전류($I_C$)가 흐르며, 전류 이득 $\alpha, \beta$로 증폭 특성을 정의. |
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[26강] 소자구조와 물리적인 동작 (2)
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전자회로 소자구조, BJT 포화 모드 및 PNP 트랜지스터 동작
• BJT 동작 모드: 실제적 트랜지스터 구조 기반, 활성/포화 모드 진입 조건($v_{CB} < -0.4V$ 또는 $v_{BC} > 0.4V$) 및 특성 파악. • BJT 포화 모드: $i_C / i_B$ 비율이 활성 $\beta$보다 작은 조건에서 강제 $\beta$ 개념 및 $V_{CE}$ (0.1V~0.3V) 분석. • PNP 트랜지스터: NPN과 대칭되는 구조, 캐리어 및 전류/전압 바이어스 방향을 통한 동작 원리 이해. |
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[27강] 전류 전압 특성
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전류 전압 특성: 활성모드 및 포화모드 동작, 얼리 효과 분석
• BJT 전류 전압 특성: 활성모드 및 포화모드의 바이어스 조건 정의, 컬렉터 전류($I_C$)와 베이스 전류($I_B$), 이미터 전류($I_E$) 관계 분석. • 얼리 효과: 컬렉터 전압($V_{CE}$) 증가에 따른 베이스 폭 변조로 인한 $I_C$ 증가 원리 및 얼리 전압($V_A$) 개념 이해. • 트랜지스터 온도 특성: $I_{CBO}$의 온도 의존성 및 $V_{BE}$의 온도 변화에 따른 특성 변화 파악. |
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[28강] 직류에서의 BJT 회로
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직류 BJT 회로 해석 및 바이어스 회로 분석
• 직류 BJT 회로 해석: 트랜지스터 동작 모드(활성, 포화, 차단) 정의, KVL/KCL 기반 전류·전압 계산 및 모드 검증 절차. • BJT 동작 모드: 활성(증폭), 포화(스위칭 온), 차단(스위칭 오프)별 V_BE/V_CE 특성 및 직류 바이어스 회로를 통한 안정적인 동작점 설정. • 주요 직류 바이어스 회로: 전압분배, 베이스, 이미터, 컬렉터 궤환 회로의 고유한 구조 및 해석 기법 이해. |
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[29강] 트랜지스터 항복과 온도 영향
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트랜지스터 항복 및 온도 영향 분석
* 트랜지스터 회로 해석: 태브난 등가 회로 기반 바이어스 전류 및 전압 계산 절차 요약. * 트랜지스터 항복 특성: 공통 베이스($BV_{CBO}$) 및 공통 이미터($BV_{CEO}$) 항복 전압 정의와 비교 분석. * $\beta$ 온도 의존성: 직류 전류 및 온도 변화에 따른 전류 이득 $\beta$의 변화와 회로 설계 영향 분석. |
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| 5장.전계효과 트랜지스터 | ||
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[30강] 소자구조와 물리적인 동작 (1)
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E-MOSFET 소자 구조 및 물리적 동작
* E-MOSFET 개념: 게이트 전압으로 채널(반전층)을 유도, 드레인 전류를 제어하는 전압 제어형 반도체 소자 원리. * 핵심 파라미터: 채널 형성의 문턱전압($V_T$)과 채널 전하량을 결정하는 과구동 전압($V_{OV}$)이 핵심 물리량. * 동작 모드: 드레인-소스 전압($V_{DS}$)에 따라 트라이오드 영역(선형)과 포화 영역(정전류)으로 구분. |
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[31강] 소자구조와 물리적인 동작 (2)
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MOSFET 소자 구조 및 물리적 동작 특성 분석
• MOSFET 기본 동작: 게이트 전압($V_{GS}$) 제어를 통한 채널 형성, 드레인 전류($I_D$) 조절, 전압 제어 저항 특성 정의. • MOSFET 동작 영역: 트라이오드 및 포화 영역에서 채널 경사 변화, 핀치오프($V_{OV}$), 드레인 전류($I_D$) 포화 현상 분석. • CMOS 기술 및 PMOSFET: NMOSFET과의 상보적 결합으로 고성능 회로 구현, 서브스레시홀드 전류($I_D$) 특성 포함. |
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[32강] 전류 전압특성
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전자회로 전류 전압특성
* MOSFET 동작 특성: N/P채널 MOSFET의 회로 기호, 차단·트라이오드·포화 영역별 전류-전압 관계 및 과구동 전압 이해. * 채널 길이 변조 효과: 포화 영역에서 $v_{DS}$ 증가에 따른 $i_D$ 변화와 얼리 전압($V_A$), $\lambda$ 파라미터를 통한 유한 출력 저항($r_o$) 모델링. * MOSFET 대신호 모델: 채널 길이 변조를 반영한 출력 저항 $r_o$를 포함하는 대신호 등가회로 구성. |
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[33강] 직류에서의 MOSFET 회로와 모체 효과 및 기타 주제
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직류에서의 MOSFET 회로 해석 및 동작 특성
• 직류 MOSFET 회로 해석: NMOS, PMOS, CMOS 트랜지스터의 동작 영역(포화, 트라이오드, 차단) 판단 및 전류·전압·저항 등 회로 파라미터 설계와 계산. • MOSFET 심화 특성: 몸체 효과에 의한 문턱 전압 변화, 온도 영향, 속도 포화 현상, 항복 및 입력 보호 회로의 원리 이해. • CMOS 인버터 동작: NMOS/PMOS 조합을 통한 입력-출력 특성 분석 및 공핍형 FET의 구조·동작 원리 차이. |
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| 6장. 트랜지스터 증폭기 | ||
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[34강] 기본 원리 (1)
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트랜지스터 증폭기 기본 원리
* 트랜지스터 증폭기: MOSFET 및 BJT의 활성 영역 동작을 통해 DC 신호에 AC 신호를 선형 증폭하는 원리. * 바이어싱 및 Q점: 선형 증폭을 위한 안정적인 DC 동작점 설정 과정으로, 왜곡 없는 최대 신호 스윙을 확보. * 소신호 전압 이득: 부하 저항 및 동작점 전류에 의해 결정되며, MOSFET과 BJT 모두 180도 위상차의 반전 증폭 특성 보유. |
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[35강] 기본 원리 (2)
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기본 원리 (2)
* BJT 증폭 원리: 전압 이득 계산 및 바이어스 점 분석을 통한 공통 이미터 회로의 증폭 특성 이해. * VTC 도식 해석: 트랜지스터 동작 모드(차단, 활성, 트라이오드)와 BJT 및 MOSFET 스위칭 특성 비교. * MOSFET 증폭기 최적화: Q점 및 $R_D$ 값 설정을 통한 최대 이득과 왜곡 없는 출력 신호 스윙 확보. |
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[36강] 소신호 동작과 모델 (1)
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MOSFET 소신호 동작과 모델 (1)
• MOSFET 소신호 동작: 선형 증폭을 위한 직류 바이어스점 설정, 왜곡 방지 및 직류/교류 해석 분리 원리 • 트랜스컨덕턴스($g_m$) 및 출력 저항($r_o$): MOSFET 핵심 파라미터 정의, 다양한 표현식과 직류 바이어스점 의존성 • MOSFET 소신호 등가 회로 모델: 전압 제어 전류원으로 구성, 채널 변조 고려한 출력 저항($r_o$) 반영 및 전압 이득 분석 |
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[37강] 소신호 동작과 모델 (2)
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소신호 동작 및 모델링 심화: MOSFET과 BJT
* MOSFET 소신호 동작: 입력저항, T형 등가회로, 몸체 효과 모델링을 통한 선형 동작 조건 및 특성 분석. * BJT 소신호 동작: DC 바이어스, 트랜스컨덕턴스($g_m$), 베이스/이미터 입력저항($r_\pi, r_e$) 기반 증폭기 특성 모델링. * 트랜지스터 소신호 증폭: MOSFET과 BJT의 트랜스컨덕턴스 결정 요인 및 선형 동작 조건 비교. |
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[38강] 소신호 동작과 모델 (3)
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소신호 동작과 모델 분석
* 하이브리드 $\pi$ 모델 및 T-모델: 트랜지스터 소신호 동작 해석에 사용되며, 각각 VCCS와 CCCS 제어 특성을 가짐. * 증폭기 5단계 해석 과정: 직류 동작점 설정부터 소신호 파라미터 계산까지 체계적 분석하며, 얼리 효과($r_o$)는 전압 이득 감소를 유발함. * 공통 이미터/베이스 증폭기: 각각 반전/비반전 증폭 특성을 가지며, 선형 동작을 위한 최대 입력 진폭 고려가 필수적임. |
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[39강] 기본 구성 (1)
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전자회로 기본 구성 및 증폭기 특성
• 증폭기 기본 개념: MOSFET 및 BJT의 Pi/T 등가 모델과 공통 소스/게이트/드레인, 이미터/베이스/컬렉터 구성 분석. • 증폭기 특성화 파라미터: 입력 저항, 출력 저항, 전압 이득 정의 및 계산을 통한 증폭기 성능 정량화. • 부귀환 효과: 소스/이미터 저항($R_S$/$R_e$) 추가로 이득 감소, 입력 저항 증가, 비선형 왜곡 및 고주파 응답 개선. |
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[40강] 기본 구성 (2)
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전자회로 증폭기 기본 구성 (2)
• CG/CB 증폭기: 낮은 입력 저항, 높은 출력 저항, 우수한 고주파 응답 및 양의 전압 이득 특성을 지닌 증폭 방식 • 소스/이미터 폴로어: 높은 입력 저항, 낮은 출력 저항, 단위 전압 이득을 통해 임피던스 변환 및 전압 완충 역할을 수행 • 출력 저항 $r_o$: 개별 회로에서는 무시되나, IC 증폭기 설계 시 회로 해석의 정확성을 위해 반드시 고려해야 할 핵심 요소 |
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[41강] 바이어싱
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바이어싱 개요 및 MOSFET/BJT 바이어스 기법
• 바이어싱 개요: 트랜지스터 직류 동작점 설정 및 예측 가능한 전류 확보를 통한 높은 이득과 회로 안정성 유지 • MOSFET 바이어싱: 소스 저항(RS) 및 드레인-게이트 귀환 저항(RG)을 활용한 부귀환으로 드레인 전류 안정화 • BJT 바이어싱: 이미터 저항(RE) 포함 전압 분배 및 컬렉터-베이스 귀환 저항(RB)으로 베타 및 온도 변화에 둔감한 컬렉터 전류 설정 |
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[42강] 개별회로 증폭기
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전자회로 개별 증폭기 특성 및 주파수 응답
* 개별 증폭기 유형: CS, CE, CB, CC별 입력/출력 저항, 전압/전류 이득, 위상 특성 분석 및 이미터 저항 효과 이해. * 커패시터 역할: 결합/바이패스 커패시터는 DC 차단 및 AC 신호 경로 제어하며, 등가회로 시 DC 오픈, AC 쇼트 적용. * 증폭기 주파수 응답: 저/고주파 이득 감소 원인 분석, 대역폭과 이득-대역폭 곱의 정의 및 이득-대역폭 상충 관계 이해. |
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| 7장. 집적회로 증폭기의 빌딩블룩 | ||
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[43강] 집적회로 증폭기의 빌딩블록 (1)
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집적회로 증폭기 빌딩 블록 (1): 바이어싱 및 전류 미러
* 집적회로 설계 철학: 저항·커패시터 최소화, 저전력 제한 환경에서 트랜지스터를 활용한 전류 전원 및 바이어싱 구현. * 전류 미러 동작 원리: 기준 전류를 복제하여 증폭 단계에 DC 바이어스를 제공하는 핵심 빌딩 블록의 구조와 기능. * MOSFET/BJT 미러 특성: 트랜지스터 W/L 비율, 베이스 전류, Early 효과에 따른 전류 전달 비율 및 출력 저항 제어. |
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[44강] 집적회로 증폭기의 빌딩블록 (2)
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집적회로 증폭기의 빌딩블록 (2)
• 집적회로 증폭기 설계: 높은 이득 확보와 낮은 전원 전압 환경에서 정확한 구현을 위해 저항을 전류 전원으로 대체. • 고유이득($A_0$): 증폭 소자 자체의 최대 이득을 정의하고 계산하며, MOSFET과 BJT의 소신호 파라미터와 비교하여 특성 분석. • 증폭기 동작 분석: 선형 증폭을 위한 포화 영역 조건, 얼리 효과의 영향, 그리고 이득 증대를 위한 전류 버퍼 활용 방안 학습. |
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[45강] 집적회로 증폭기의 빌딩블록 (3)
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공통 게이트 및 공통 베이스 증폭기 특성
* 공통 게이트/공통 베이스 증폭기 개요: 낮은 입력 저항과 높은 출력 저항을 갖는 전류 버퍼 회로의 기본 개념 및 구조 이해. * 공통 게이트 회로 특성: 게이트 접지, 소스 입력/드레인 출력 구조로 소스 저항($R_s$)에 따른 출력 저항 변화 및 몸체 효과 적용. * 공통 베이스 회로 특성: 베이스 접지, 이미터 입력/컬렉터 출력 구조로 전류 이득이 1에 가깝고 이미터 저항($R_E$)으로 출력 저항 증가. |
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[46강] 집적회로 증폭기의 빌딩블록 (4)
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집적회로 증폭기: 캐스코드 증폭기
• 캐스코드 증폭기: 출력 저항, 전압 이득, 대역폭 향상을 위해 트랜지스터를 종속 연결하는 기본 회로 구조. • MOS/BJT 캐스코드: 각 구현 방식의 동작 원리, 캐스코드 전류 전원 설계 및 전압 이득 분산 분석. • 이중/폴디드 캐스코드: 이득 극대화를 위한 이중 캐스코딩과 저전압 환경 한계를 극복하는 폴디드 캐스코드 응용. |
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[47강] 집적회로 증폭기의 빌딩블록 (5)
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향상된 전류 미러 회로 분석: 캐스코드, 윌슨, 위들러
• 향상된 전류 미러 회로: 정확한 전류 전달, 높은 출력 저항, 낮은 동작 전압 등 IC 증폭기 설계 요구사항 분석 • 캐스코드 및 윌슨 전류 미러: 출력 저항 증대 원리, 최소 동작 전압 요구 사항 및 $\beta$ 의존성 감소 메커니즘 학습 • 위들러 전류 전원: 작은 전류 생성 및 칩 면적 효율성, 이미터 저항($R_E$)을 활용한 출력 저항($R_o$) 향상 이해 |
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[48강] 집적회로 증폭기의 빌딩블록 (6)
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집적회로 증폭기의 빌딩블록: 유용한 트랜지스터 쌍
• 트랜지스터 쌍 증폭기: 단일 트랜지스터 한계 극복을 위한 입력 저항 증가, 대역폭 확장, 전압 이득 향상 등 성능 최적화 원리. • 공통 컬렉터-공통 이미터 및 BiCMOS: 높은 입력 저항과 대역폭 제공, FET와 BJT 결합으로 무한대 입력 저항 및 고이득 구현. • 달링턴 구성 및 공통 컬렉터-공통 베이스: 높은 전류 이득 확보, 낮은 입력 저항 개선 및 넓은 대역폭 확장 기능 제공. |
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| 8장. 차동증폭기와 다단증폭기 | ||
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[49강] MOS차동쌍(1)
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MOS 차동쌍의 이해와 동작 원리
• MOS 차동쌍: 연산증폭기 입력단으로 잡음 제거 및 높은 집적도를 위한 핵심 회로이며, MOSFET은 포화 영역에서 동작한다. • 동상모드 동작: 동일 입력 신호에 대해 출력 전압 변화가 없어 동상모드 제거 특성을 보이며, MOSFET 포화 영역 유지를 위한 입력 전압 범위를 가진다. • 차동모드 동작: 입력 차동 전압에 비례하는 출력을 생성하며, 선형 증폭기 동작을 위해 입력 전압은 특정 선형 동작 범위 내에서 유지되어야 한다. |
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[50강] MOS차동쌍(2)
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MOS 차동쌍 동작 원리 및 증폭기 분석 (2)
* MOS 차동쌍 대신호: $v_{id}^2$항 비선형성 발생, 소신호 근사($v_{id}/2 \ll V_{OV}$)로 선형 증폭 기능 구현. * 차동 출력 구조: 직류 성분 자동 제거, 단동 대비 2배 이득, 가상 접지 기반 절반 회로로 효율적 분석. * 증폭기 이득 최적화: 전류원 부하 및 캐스코드 구조 적용을 통한 유효 출력 저항 증대 및 고이득 증폭기 설계. |
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[51강] BJT 차동쌍
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BJT 차동쌍 기본 동작 및 특성 분석
• BJT 차동쌍 기본 동작: 동상모드 신호 제거, 차동모드 신호 증폭 및 활성 영역 정합 기반 전류 분배 원리 • BJT 차동쌍 전달 특성: MOSFET과 입력 범위 및 스위칭 속도 비교, 선형성 개선을 위한 이미터 저항($R_E$) 추가 효과 • BJT 차동쌍 해석 기법: 소신호 전압 이득($A_v = -g_m R_C$) 및 차동 입력 저항($R_{id}$) 계산, 대칭성을 활용한 차동 절반 회로 분석 |
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[52강] 동상모드 제거
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차동 증폭기 동상모드 제거 및 CMRR 분석
• 차동 증폭기 동상모드 제거: 동상 신호 이득 최소화 핵심 원리 및 성능 지표 CMRR(차동 이득/동상 이득) 정의. • 동상 모드 이득 발생 원인: 유한 전류원, $R_D$, $g_m$ 부정합에 의한 이득 발생 및 동상 절반 회로를 통한 MOS/BJT 회로 응답 분석. • CMRR 최적화 설계: 높은 CMRR 확보를 위한 차동 출력 선택 및 BJT 동상모드 입력 저항($R_{in,cm}$) 설계 고려. |
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[53강] 직류 오프셋
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직류 오프셋: 차동 증폭기의 부정합 요인 및 전압/전류 분석
• **직류 오프셋**: 차동 증폭기 소자 부정합으로 발생하는 출력 직류 전압 및 이를 상쇄하는 입력 오프셋 전압 개념 정의. • **MOSFET 오프셋**: 부하 저항, W/L, 문턱 전압 부정합이 과구동 전압에 비례하여 오프셋을 유발하는 특성 분석. • **BJT 오프셋**: 컬렉터 저항, 이미터-베이스 면적, 전류 이득 부정합이 열 전압 및 입력 바이어스 전류 오프셋을 야기하는 원리. |
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[54강] 전류 미러 부하를 가진 차동증폭기
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전류 미러 부하 차동 증폭기 분석
• 전류 미러 부하 차동 증폭기: CMRR 향상 및 차동 이득 증대를 통해 신호 처리 성능을 최적화하는 핵심 회로. • MOS/BJT 차동쌍 분석: 소신호 모델을 통해 차동 이득, 출력 저항을 결정하고 입력 오프셋 전압, 유한한 동상 모드 이득의 원인을 파악. • 오프셋 및 동상 모드 이득 감소: 윌슨 전류 미러, 캐스코드/폴디드 캐스코드 단을 활용하여 성능을 개선하고 CMRR을 극대화. |
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[55강] 다단증폭기
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다단 증폭기 개념 및 설계 예제
* 다단 증폭기: 높은 이득과 복합 신호 처리를 위한 여러 증폭 단 직렬 연결 구조, 입력단은 높은 입력 저항과 동상모드 제거, 중간단은 전압 이득 및 직류 레벨 시프트 기능 수행. * CMOS/BJT 연산 증폭기 분석: 전류 미러, 차동쌍 등 구성 요소별 동작 원리 및 이득, 입출력 범위, 오프셋 전압 등 핵심 성능 파라미터 계산 절차. * 오프셋 전압 및 레벨 시프팅: 소자 부정합으로 인한 오프셋 발생 원인 파악과 출력 스윙 범위 확보를 위한 직류 레벨 시프팅 개념 및 구현. |
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| 9장. 주파수 응답 | ||
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[56강] 개별회로 CS와 CE증폭기의 주파수 응답
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전자회로 증폭기 주파수 응답 분석
• 증폭기 주파수 응답: 중간, 저주파, 고주파 대역별 이득 특성 변화 및 3dB 주파수, 대역폭 개념 정의 • 저주파 이득 감쇠: 결합 및 우회 커패시터의 리액턴스 증가에 따른 이득 감소 원리 분석, CS/CE 증폭기에서의 극점·영점 발생 메커니즘 • $f_L$ 결정 및 커패시터 설계: 단락회로 시정수 방법을 활용한 낮은 3dB 주파수($f_L$) 평가 절차 및 목표 주파수를 위한 결합·우회 커패시터 값 선정 전략 |
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[57강] MOSFET과 BJT의 내부 용량성 효과와 고주파 모델
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MOSFET 및 BJT 고주파 모델과 용량성 효과
• MOSFET 및 BJT 고주파 특성: 내부 용량성 효과로 인한 이득 저하 원인 분석 및 확장된 소신호 모델 정의 • 내부 커패시턴스 및 저항: MOSFET은 $C_{gs}, C_{gd}$ 포함, BJT는 $C_{\pi}, C_{\mu}$ 및 베이스 저항($r_x$)을 통해 고주파 동작 상세 분석 • 단위이득 주파수 ($f_T$): 증폭기 전류 이득이 1이 되는 주파수로, $g_m$에 비례하고 총 내부 커패시턴스에 반비례하여 고주파 성능 지표 제공 |
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[58강] CS와 CE증폭기의 고주파 응답
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CS 및 CE 증폭기 고주파 응답
• CS/CE 증폭기 고주파 응답: 밀러 효과를 통한 입력 커패시턴스 증배 분석 및 3dB 차단 주파수($f_H$) 계산. • 밀러 정리 원리: 출력-입력 간 임피던스($Z$)를 등가 입력/출력 임피던스로 변환하여 고주파 회로 분석 간소화. • 증폭기 고주파 성능 지표: 이득 대역폭($f_T$)과 전송 영점($f_Z$) 주파수 정의 및 $R_{sig}$, $V_{OV}$ 변화 영향 분석. |
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[59강] 증폭기 고주파 응답의 해석을 위한 유용한 도구
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증폭기 고주파 응답 해석 도구 및 시정수 방법
• 밀러 효과 한계 극복: 증폭기 고주파 응답의 3dB 주파수($f_H$)를 우성 극점 개념 및 개방회로 시정수 방법으로 해석. • 개방회로 시정수 방법: 전달함수 분모 $s$항 계수 $b_1$을 각 커패시터의 개방회로 시정수($\tau_i = C_i R_i$) 총합으로 계산하여 $f_H \approx 1/b_1$ 근사. • CS/CE 증폭기 적용: $C_{gd}$가 $f_H$에 지배적 영향, 전송 영점 주파수($f_Z$)는 $g_m / (2\pi C_{gd})$로 결정. |
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[60강] CG와 캐스코드 증폭기의 고주파 응답
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CG와 캐스코드 증폭기의 고주파 응답
* CS/CE 증폭기 고주파 한계: 밀러 효과로 인한 입력 커패시턴스 증가와 이득 감소 원리 분석. * 공통 게이트(CG) 증폭기: 밀러 효과 없이 넓은 대역폭 제공 및 낮은 이득, 입력 저항 특성. * 캐스코드 증폭기: CS와 CG 결합 구조로 밀러 효과 극복, 높은 이득과 넓은 대역폭 동시 실현. |
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[61강] 소스와 이미터 폴로어의 고주파 응답
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소스 및 이미터 폴로어 고주파 응답 해석
* 소스/이미터 폴로어 고주파 응답: 전압 완충기 특성을 가지며, 복잡한 고주파 해석을 위해 전달 함수 기반의 극점/영점 분석 수행. * 전달 함수 분석: 전원 흡수 정리를 활용하여 극점과 영점을 도출하고, 우성 극점 유무에 따라 3dB 주파수($f_H$) 결정 절차. * 복소 극점 및 Q 인자: Q 인자로 복소 극점 주파수 응답의 피크 여부를 판단하고, 주파수 응답 평탄도 분석에 활용. |
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[62강] 차동 증폭기의 고주파 응답
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차동 증폭기의 고주파 응답 해석
* **차동 증폭기 고주파 특성**: 공통모드 소스 임피던스($Z_{SS}$) 및 출력 부하 커패시턴스($C_L$)가 전체 고주파 성능 결정 핵심. * **공통모드 이득 영점($f_z$)**: $Z_{SS}$에 의해 발생, CMRR 주파수 응답을 저하시키며 전류원($Q_s$) 설계의 절충 사항을 야기. * **전류 미러 부하 영향**: 트랜스컨덕턴스($G_m$)가 주파수에 따라 $g_m$에서 $g_m/2$로 변화, $C_L$은 차동 이득의 우성 극점 형성. |
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[63강] 기타 광대역 증폭기 구성
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광대역 증폭기 구성 및 대역폭 개선 전략
• 광대역 증폭기: 소스/이미터 감생을 활용, 이득 감소와 대역폭 증가 트레이드오프를 통해 대역폭 확장 원리 학습 • 핵심 파라미터 분석: 전달 컨덕턴스 $G_m$·출력 저항 $R_o$·3dB 주파수 $f_H$를 개방 회로 시정수 방법으로 도출하여 고주파 응답 예측 • 복합 증폭기 구성: CD-CS·CC-CE 등 다양한 조합을 통해 밀러 효과 완화 및 광대역폭 실현 전략 분석 |
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| 10장. 귀환 | ||
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[64강] 일반적인 귀환 구조, 부귀환의 특성
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일반적인 귀환 구조 및 부귀환 특성 분석
* **부귀환 개념**: 출력 신호의 일부를 입력으로 되돌려 시스템 안정성, 이득 감도, 대역폭, 비선형 왜곡 및 간섭을 제어하는 전자회로 원리. * **귀환 증폭기 구조**: 개방루프 이득(A) 증폭기와 귀환율($\beta$) 회로망으로 구성되며, 폐쇄 루프 이득 $A_f = A / (1+A\beta)$로 시스템 이득 결정. * **루프 이득($A\beta$) 및 효과**: 루프 이득은 부귀환 극성과 폐쇄 이득을 결정하는 핵심 파라미터로, $1+A\beta$만큼 이득 감도 감소, 대역폭 확장, 비선형 왜곡 및 간섭을 감소시킴. |
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[65강] 귀환 전압 증폭기
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귀환 전압 증폭기 해석
* 귀환 전압 증폭기: 직-병렬 구조를 통한 높은 입력저항 및 낮은 출력저항 특성 확보, 부귀환으로 이득 안정화 및 왜곡·잡음 감소. * 루프 이득 해석법: 귀환 증폭기의 개방 루프 이득(A), 귀환율($\beta$), 폐쇄 루프 이득($A_f$)을 $\beta \rightarrow A\beta \rightarrow A \rightarrow A_f$ 4단계로 체계적 계산. * $A\beta$ 계산 절차: $Z_t$가 무한대인 지점 절단 후 테스트 전압($V_t$) 인가, 반응 전압($V_r$)과의 비를 통해 루프 이득 산출. |
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[66강] 귀환 전압 증폭기의 체계적인 해석
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귀환 전압 증폭기의 체계적인 해석
• 귀환 전압 증폭기 해석: 회로를 A 회로와 $\beta$ 회로로 분리하여 개방 루프 이득 $A$와 귀환율 $\beta$를 산출하는 절차 확립 • 실제 귀환 증폭기 해석: 귀환 회로망의 로딩 효과($R_{11}, R_{22}$) 및 신호원/부하 저항($R_s, R_L$)을 고려하여 A 회로를 재구성 • 폐루프 이득 및 입출력 저항: $A$와 $\beta$를 활용하여 $A_f, R_{if}, R_{of}$ 등 귀환 증폭기의 최종 특성 파라미터 계산 |
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[67강] 다른 귀환 증폭기 유형(1)
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다른 귀환 증폭기 유형 및 해석
• 귀환 증폭기 유형 및 원리: 출력 신호 검출(전압/전류)과 입력 신호 혼합(직렬/병렬) 방식 기반 4가지 구성 및 부궤환 특성 이해 • 귀환 효과 및 핵심 지표: 직렬 접속은 저항 증가, 병렬 접속은 저항 감소 유발; 루프 이득($A\beta$) 무차원, 폐쇄 루프 이득($A_f$)은 $A\beta \gg 1$일 때 $1/\beta$로 근사 • 귀환 증폭기 해석 절차: 루프 이득 $A\beta$, 귀환율 $\beta$, 개방 루프 이득 $A$ 순서로 이득($A_f$)을 계산하고, 입력/출력 저항($R_{in,f}, R_{out,f}$) 변화 분석 |
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[68강] 다른 귀환 증폭기 유형(2)
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귀환 증폭기 유형별 입출력 저항 및 이득 분석
• 귀환 증폭기 개념: 피드백을 활용한 증폭 특성 안정화 및 입출력 저항($R_{in}, R_{out}$) 제어 원리 분석. • 트랜스레지스턴스 증폭기 (병렬-병렬): 전류 입력 전압 출력 특성 및 루프 이득 $A\beta$에 따른 $R_{in}, R_{out}$ 감소 효과. • 전류 증폭기 (병렬-직렬): 전류 입력 전류 출력 특성 및 $A\beta$에 따른 $R_{in}$ 감소, $R_{out}$ 증가 원리 학습. |
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[69강] 귀환 해석 방법 요약, 안정성 문제
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귀환 해석 방법 요약 및 안정성 문제
* **귀환 증폭기 해석:** 폐쇄루프 이득 근사값 $A_f \approx 1/\beta$ 계산과 직병렬 접속에 따른 입출력 저항 변화 원리 이해 * **발진 조건 및 메커니즘:** 루프이득의 주파수 의존성, 위상각 180도 및 루프이득 크기 1 이상 조건에서 발진 발생 메커니즘 분석 * **나이퀴스트 선도:** 루프이득을 극좌표로 도시하여 $(-1,0)$점과의 관계를 통해 귀환 증폭기 안정성 판별 |
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[70강] 귀환이 증폭기 극점에 미치는 영향
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귀환이 증폭기 극점에 미치는 영향 분석
• 귀환 증폭기 안정성: 귀환이 증폭기 극점 위치와 주파수 응답에 미치는 영향을 나이퀴스트 선도 및 S평면 분석으로 평가. • 극점 안정성 기준: 극점은 S평면 좌반 평면에 위치해야 안정하며, 우반 평면 극점은 발진, jω축 극점은 지속 발진을 유발. • 단일/다극점 증폭기 보상: 단일 극점은 무조건 안정, 다극점은 루프 이득 증가 시 불안정 가능성이 있어 주파수 보상으로 안정성 확보. |
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[71강] 보데 선도를 이용한 안정성 고찰
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보데 선도를 이용한 증폭기 안정성 분석
• 보데 선도 기반 증폭기 안정성: 루프 이득($A\beta$) 및 개방루프 이득($A$) 분석으로 증폭기 발진 예측 및 제어. • 이득 여유 및 위상 여유: 위상각 -180도와 루프 이득 0dB(크기 1) 기준의 차이로 증폭기 안정성 명확히 판단. • 안정성 보장 설계 원칙: 최소 45도 위상 여유 확보와 -20dB/decade 기울기 교차 규칙 준수. |
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[72강] 주파수 보상
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증폭기 주파수 보상
• 주파수 보상: 다극 증폭기 안정성을 위한 개방 루프 전달 함수의 극점 제어 원리 정의. • 밀러 보상: 반전 증폭단 귀환 $C_f$ 연결, 밀러 효과로 유효 커패시턴스 증대 및 극점 분산 유도 절차. • 극점 분산: 밀러 효과로 우성 극점 이동 및 고주파 극점 생성, 증폭기 대역폭 확대 및 안정성 확보 결과. |
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| 11장. 출력단과 전력증폭기 | ||
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[73강] 출력단과 전력증폭기(1)
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출력단과 전력 증폭기 분류 및 특성
• 출력단 기능 및 전력 증폭기 분류: 낮은 출력 저항을 통한 부하 전력 효율적 전달, 선형성 및 총 고조파 왜곡(THD) 제어; 도통각에 따라 A, B, AB, C, D급으로 분류. • A급 및 B급 출력단 특성: A급은 360도 도통으로 최대 25% 효율과 비선형 왜곡; B급은 180도 도통으로 최대 78.5% 고효율이나 데드 밴드에 의한 크로스오버 왜곡 발생. • 크로스오버 왜곡 완화: B급 출력단의 데드 밴드 문제로 발생하며, AB급 출력단 사용 또는 부귀환(Negative Feedback) 적용으로 해결 가능. |
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[74강] 출력단과 전력증폭기(2)
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전자회로 AB급 출력단 및 전력증폭기 동작 분석
* AB급 출력단: **크로스오버 왜곡** 제거를 위해 **정지전류($I_Q$)**를 인가하여 트랜지스터의 **동시 도통**을 유도, 부드러운 전압 천이 구현. * AB급 동작 원리: 입력 신호에 따른 트랜지스터 전류($i_N, i_P$) 변화 및 **이미터 폴로어** 동작을 통한 부하 전류 공급 원리. * AB급 바이어싱 및 안정화: **다이오드 바이어싱** 및 **$V_{BE}$ 배율기**를 활용하여 **열 폭주** 방지 및 **열 안정화**를 달성하는 기법. |
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[75강] 출력단과 전력증폭기(3)
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AB급 출력단 및 전력 증폭기 구성 변화와 CMOS AB급 출력단 분석
• AB급 출력단 구성: 이미터 폴로어, 달링턴 구성으로 효율 및 이득 개선, 단락 및 열차단 보호 기법으로 안정성 확보. • CMOS AB급 출력단: 고전적 구성의 출력 전압 스윙 제한 및 큰 소자 단점 분석. • CMOS AB급 출력단 개선: 공통 소스 구조와 부귀환 적용으로 전압 스윙 확대 및 출력 저항 감소. |
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[76강] 출력단과 전력증폭기(4)
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출력단 및 전력증폭기
• IC 전력증폭기: 고이득 소신호 증폭부, AB급 출력단, 부귀환 통합 구조 및 LM380의 직류 귀환 안정화와 브리지 증폭기 응용을 다룸. • D급 전력증폭기: 출력 트랜지스터 스위칭 통한 고효율 원리 및 오디오 신호를 PWM 변조하여 스위치 구동 후 저역통과 필터로 신호 복원 과정을 설명. • D급 증폭기 특성: ON 저항, 스위칭 손실로 인한 효율 감소와 PWM 변조, 스위칭 속도 한계로 발생하는 왜곡 및 잡음 요인을 이해. |
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[77강] 전력 트랜지스터
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전력 트랜지스터 개요 및 열 관리
* 전력 트랜지스터: 고전압·고전류 증폭을 위한 BJT 및 MOSFET 소자의 구조, 파라미터, 열작용 원리 이해 * 전력 BJT 및 MOSFET: BJT의 안전 동작 영역(SOA)과 2차 항복 관리, MOSFET의 DMOS 구조와 온도 특성을 통한 열폭주 방지 기술 분석 * 열 관리: 접합 온도 제한을 위한 열 저항($\theta_{JA}$) 개념 및 히트 싱크 활용을 통한 최대 전력 소비($P_{Dmax}$) 최적화 전략 수립 |
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| 12장. 연산증폭기 회로 | ||
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[78강] 2단 CMOS 연산증폭기(1)
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2단 CMOS 연산 증폭기(1)
* 2단 CMOS 연산 증폭기 구조: 차동 입력단 및 공통 소스 증폭단 구성으로 높은 직류 이득 및 넓은 출력 스윙 구현. * 주파수 보상 및 안정화: 보상 커패시턴스($C_C$) 밀러 효과로 우성 극점 형성, $-20 \text{dB/decade}$ 주파수 응답 확보. * 성능 최적화: 트랜지스터 $W/L$ 비와 채널 길이($L$) 조절로 CMRR 향상 및 직류 오프셋 제거, 입력/출력 전압 스윙 범위 확장. |
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[79강] 2단 CMOS 연산증폭기(2)
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2단 CMOS 연산증폭기 특성 보상, 슬루율, PSRR 및 설계 절충
• 2단 CMOS 연산증폭기 주파수 특성 보상: 극점 분리 기법과 $C_C$ 직렬 $R$을 활용한 영점 조절로 위상 여유를 확보. • 슬루율(SR) 및 PSRR: SR은 과구동 전압 $V_{OV}$ 및 $f_T$에 비례하는 출력 변화율이며, PSRR은 전원 잡음 제거 성능으로 채널 길이 $L$과 $|V_{OV}|$에 최적화. • CMOS 증폭기 설계 절충: 채널 길이 $L$과 과구동 전압 $|V_{OV}|$ 조정으로 이득, SR, PSRR, $f_T$, 입력 오프셋 전압 등 상충하는 성능을 최적화. |
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[80강] 폴디드 캐스코드 CMOS 연산증폭기
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폴디드 캐스코드 CMOS 연산증폭기 특성
• 폴디드 캐스코드 CMOS 연산증폭기: 1단 구조에서 높은 직류 이득, 우수한 고주파 응답, 넓은 동상모드 입력 범위 및 출력 스윙을 구현하는 증폭기. • 회로 구성: 캐스코드 트랜지스터와 전류 미러를 활용하여 출력 저항 $R_o$를 높여 전압 이득 $A_v$ 확보; 부하 커패시터 $C_L$로 주파수 보상 및 안정성 유지. • 동작 특성: 쌍평행 입력 동작으로 동상모드 입력 범위 확장, 광폭 스윙 전류 미러로 출력 전압 스윙 개선; 슬루율($SR=I_B/C_L$)은 큰 입력 신호 응답 특성 정의. |
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[81강] 741 BJT 연산증폭기(1)
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741 BJT 연산증폭기 내부 회로 분석
• 741 BJT 연산증폭기 설계: IC 제조 효율성을 고려한 다수 트랜지스터 및 최소 수동 소자로 바이어스, 단락 보호, 입력, 중간, 출력단 구성 원리 분석 • 입력 및 중간단 기능: pnp TR 기반 차동 증폭, 레벨 시프팅으로 입력 보호 및 신호 처리; 밀러 보상 커패시터($C_C$)를 통한 높은 이득과 주파수 응답 최적화 • 출력단 및 핵심 소자: AB급 상보쌍으로 출력 저항 최소화 및 부하 전류 공급; Q13, Q14, Q20 등 비표준 소자의 구조와 기능적 특성 이해 |
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[82강] 741 BJT 연산증폭기(2)
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741 BJT 연산증폭기 직류해석
• 741 BJT 연산증폭기 직류해석: 안정적 동작 위한 바이어스 상태 확립 및 부귀환 가정으로 포화 방지, 기준 바이어스 전류 및 위들러 전류원 기반 각 단 바이어스 설정. • 입력단 바이어스: 전류 미러 부하와 부귀환 루프를 통해 작동점 안정화 및 동상모드 입력 범위로 선형 활성 모드 유지. • 출력단 바이어스: $Q_{18}-Q_{19}$ 회로망으로 $2V_{BE}$ 전압 차를 제공하여 출력 트랜지스터의 AB급 바이어스를 확립. |
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[83강] 741 BJT 연산증폭기(3)
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741 BJT 연산증폭기 소신호 해석 및 특성
• 741 BJT 연산증폭기: 차동 입력, 중간 증폭, AB급 출력의 3단계 구조와 소신호 해석을 통한 각 단의 트랜스 컨덕턴스 및 저항 특성 분석. • 입력 오프셋 전압 및 CMRR: 저항 및 트랜지스터 부정합으로 인한 오프셋 전압 발생 원인과 동상모드 귀환을 통한 CMRR 개선 메커니즘. • 출력 단 특성: AB급 증폭기의 버퍼 작용, 전압 스윙 제한 요인 및 과전류로부터 회로를 보호하는 단락 보호 회로 동작 원리. |
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[84강] 741 BJT 연산증폭기(4)
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741 BJT 연산증폭기 소신호 해석 및 주파수 응답
* 741 BJT Op-Amp 소신호 해석: 입력·둘째·출력단 등가회로 분석 및 이득·저항 파라미터 정량적 계산. * Op-Amp 주파수 응답 특성: 밀러 정리를 통한 주파수 보상, 우성 극점·단위이득 주파수($f_t$)·위상 여유 분석 및 안정성 확보. * Op-Amp 동적 특성 및 보호: 슬루율(SR) 정의·계산·한계 파악 및 출력단 보호회로의 전류 제한 메커니즘 이해. |
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[85강] BJT 연산증폭기의 최신 설계기법(1)
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BJT 연산증폭기 최신 설계기법 요구사항 및 입력단
• 최신 BJT 연산증폭기 요구사항: 저전압·단일 전원 환경에서 동상 모드 입력 범위 및 출력 스윙 확장. • 평행 상보 입력단 설계: pnp 및 npn 차동쌍 병렬 연결을 통해 넓은 동상 모드 입력 범위 달성. • 폴디드 캐스코드 구조: 캐스코드 트랜지스터의 이중 역할로 이득 향상 및 전류 미러·저항성 부하 입력단의 한계 극복. |
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[86강] BJT 연산증폭기의 최신 설계기법(2)
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BJT 연산증폭기의 최신 설계기법(2)
• BJT 연산증폭기 동상 모드 귀환(CMF): 입력단 DC 전압 조절, 캐스코드 트랜지스터 활성 영역 동작 보장 및 전류 불균형 해결. • AB급 공통 이미터 출력단: 저전압 광범위 출력 스윙, 크로스오버 왜곡 감소를 위한 비활성 트랜지스터 $I_Q/2$ 전류 제어. • IQ 발생 및 최소 전류 흐름 회로: 출력단 정지 전류 $I_Q$ 확립, 비활성 트랜지스터 $I_Q/2$ 강제 유지를 위한 피드백 시스템. |
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백주기 교수님
전자회로
