2011년 연세대학교 전자회로1 프로젝트 김태욱 교수님 BJT 설계

소개글

2011년 2학기 김태욱 교수님 전자회로1 수업 프로젝트입니다.
Gain 20, Input impedance 1k, output impedance 10, 최소전력을 만족시키는 BJT 회로를 설계하는 프로젝트입니다.
회로도와 PSPICE simulation 결과, 이론값 계산과정, 결과분석이 포함되었습니다.

목차

1. 회로설명
2. 수학적 분석
3.결과분석
4. 토의 및 결론

본문내용

처음 회로 설계시 Common emitter한개로 설계를 하였는데, 목표로 하는 전력소비 최소를 맞출 수가 없었다. 원인을 분석하였더니, 우선 베이스 단자 쪽에 걸어두었던 Follower는 필요가 없었고, Gain과 In/Output impedance는 스펙을 만족하였으나 트랜지스터 자체가 동작영역이 아니었다. 따라서 고민 끝에 Common emitter 로써 2개를 연결하여서 우선은 많은 Gain을 만들었다. 그리고 Q3에 해당하는 Emitter Follower를 추가하여 아웃풋 임피던스를 낮추어 설계하였다. 그다음에 적절한 BIAS POINT를 찾기 위하여 Divider를 이용하여 베이스 전압을 687mV정도로 맞추었고, 다음으로 R3, R6의 저항 값을 조정하여서 Vcc에 흐르는 전류를 감소하면서 Gain값도 동시에 조정하였다. 그다음 R9와 C4를 추가하여 Gain에 영향을 주지 않고 Emitter Follower에 흐르는 전류를 낮추었다. 또한 C1, C2, C3 는 각 단의 트랜지스터로 빠져나가는 전류를 없애기 위해 연결 하였다. 이런 식으로 Feed-Back을 계속하여 최종적으로 스펙을 만족하면서 Power consumption을 최소화 시키는 Optimaze Point에 근접시켰다. 그 결과 맨 처음 설계했던 BJT Amp보다 Power consumption을 10배이상 줄일 수 있었다.

최종적으로 우리 조는 input-impedance 와 output-impedance를 최대한 만족시키는 선에서 제 1우선순위를 power consumption으로 맞춰진 BJT를 설계하였다. 회로를 설계하면서, 주어진 조건들을 최적의 상태(Optimized Condition)로 만든다는 것이 상당히 어렵다는 것을 느끼게 되었다. 어느 하나의 조건만 따지면 간단하게 최대 혹은 최소로 맞출 수 있지만, 여러 가지 조건들을 만족시켜야 되었기 때문에 이 조건들 간의 적절한 Trade-Off가 이루어져야 했다. 따라서 어떤 조건을 좀 더 비중 있게 두느냐에 대한 우선 순위를 먼저 정하는 것이 타당하다고 생각한다.
실제로 회로설계에서 power consumption이 굉장히 큰 비중을 차지한다고 생각하기 때문이다. 실제 회로에서는 (물론 BJT는 거의 사용하지 않지만 BJT로 설계를 한다고 가정)BJT 하나만을 쓰지 않고 여러 개가 연결된 다단 증폭기를 사용하기 때문에 각각의power consumption이 합쳐진다면 상당한 전력소모가 일어나게 된다. 교수님의 말씀에 의하면 하나의 칩에 트랜지스터가 1억개 이상 들어간다고 하니... 그것들을 다 합치게 되면 전력소모는 절대로 무시할 수 없을 것이다. 따라서 각각의 power consumption을 최대한 줄여주는 것이 가장 타당하다고 생각하였다. 또한 BIAS point를 잡는 것부터 시작하여 input(output)-inpedance를 주어진 조건하에 설계하도록 하는 것도 상당한 생각을 요한다는 것을 깨달았다. 교수님 말씀대로 정말 딱 적절한 point를 잡는 것이 중요하였다. 프로젝트를 수행하면서 설계라는 것이 이런 것 이구나라는 것을 아주 조금이나마 느낄 수 있었다.

참고 자료

없음