2차 수정 22.03.06
소신호 동작(Small Signal Operation)이란 무엇일까?
DC는 회로를 동작시키기 위해 특정의 바이어스 점을 잡았다고 하였을 때 아주 작은 신호의 변화는 I/V 커브에서 점으로 보일겁니다.
(RF 회로에서의 입력은 -70 dBm 이하의 신호가 들어감 따라서 매우 작은 신호 즉, I/V 커브 관전에서 보았을 때 점처럼 생긴 신호가 들어가는 것임)
보충 설명
아래 링크 그림 2와 3이 작은 신호에 대한 예를 보여주고 있습니다.
2022.02.17 - [회로 관련 전공/회로 과정 통합 글] - 다이오드의 대신호(Large-Signal)와 소신호(Small-Signal) 동작에 대해 알아보자
다이오드의 대신호(Large-Signal)와 소신호(Small-Signal) 동작에 대해 알아보자
이 글은 다이오드 회로의 세번째 진도입니다. 이전 진도 2021.10.02 - [회로 관련 전공/회로 과정 통합 글] - 다이오드 회로의 일정전압모델 해석 다이오드 회로의 일정전압모델 해석 PN접합에서 다
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솔직히 한번만 읽는 것으로 이해가 잘 안가기 때문에 다른 예시를 표현해보자면
28nm - 65nm CMOS 공정에서 MOSFET에 인가되는 전압은 0.5 - 1.5 V (500 - 1500 mV)를 인가하게 되는데 입력으로 들어오는 신호의 세기는 1mV - 50mV가 들어온다고 가정해봅시다.
들어오는 신호의 세기가 상대적으로 적은(Small, 小) 신호(Signal)이기 때문에 Small 이라 표현하는 것이다.
소신호 해석을 왜 해야 할까?
회로이론에서 배웠던 임피던스 해석은 선형적(linear)으로 해석할 수 있기 때문에 비교적 쉬웠다. 하지만 모든 능동소자(Diode, BJT, MOSFET)는 안타깝게도 비선형(Nonlinear) 소자이다.
회로를 선형적으로 해석할 수 있게끔 만들어 주는 것이 소신호 해석이다.
이해를 돕기 위해 저항성분과 트랜스컨덕턴스 성분을 보도록 하자.
소신호 저항(Small Signal Resistance)
MOSFET, Diode, BJT와 같이 회로 공부를 하다보면 종종 전압에 비례하지 않는 전기 소자들을 다루게 되는데
이러한 비선형 능동소자인 경우 경우 V-I 곡선의 기울기, 즉 인가 전압의 작은 변화를 통한 소자의 dV/dI를 통한 전류 변화의 비율을 아는 것이 유용할 수 있습니다.
이 양(quantity)은 많은 계산에서 저항의 단위(옴)와 저항을 대체하며 이를 소신호 저항(Small Signal Resistance), 증분 저항(Incremental Resistance)또는 동적 저항(Dynamic Resistance)라 부릅니다.
이 소신호 저항은 BJT의 얼리 효과, MOSFET의 채널길이변조, 다이오드의 소신호 저항은 위와 같은 개념으로 나오게 됩니다.
소신호 등가 회로(Small Signal Equivalent Circuit)
종속 전원의 표현
위 소주제인 소신호 동작에서 DC 바이어스 동작에서 들어오는 입력의 세기는 점과 같이 아주 작은 신호(Small Signal)가 들어옴을 알 수 있죠.
이 등가 회로는 트랜지스터의 복잡한 동작을 해석하기 위해서 사용됩니다. 다른 의미로는 능동소자의 비선형 효과가 우려되는 회로(다이오드, BJT, MOSFET)와 같은 회로를 해석하는데에 도움이 됩니다.
종속 전원을 표현하는데에 트랜스컨덕턴스라는 개념이 필요하게 되는데 자세한 내용은 아래의 추가링크를 확인하시면 되고, 간단하게 표현하면 입력 전압의 변화에 따른 전류의 변화를 표현하게 됩니다.
따라서 소신호 모델에서의 종속 전원은 트랜스컨덕턴스와 입력 전압의 곱으로 표현 가능하며 다이오드, BJT, MOSFET의 소신호 등가모델은 아래 사진 3과 같이 표현이 가능합니다.
바이어스 전압의 표현
어떤 회로를 구동시키기 위해서는 DC 전압(바이어스 전압)을 어느 동작점까지 맞춰 놓고 작은 신호가 입력이 됨을 알았다.
소신호 해석은 중첩의 원리와 비슷하게 볼 수 있는데 DC 전압원은 일정한 전압을 인가하기 때문에 작은 변화가 없다.
따라서 이는 단락(Short) 회로로 볼 수 있고
DC 전류원 또한 변화가 없기 때문에 개방(Open) 회로로 볼 수 있다.
전자회로 1 과정을 학습하셨습니다.
아래 링크를 통해 다음 진도와 전자회로 1의 모든 내용을 확인하실 수 있습니다.
2022.01.13 - [전공(Major)/전자회로 1 과정] - 전자회로 1 커리큘럼
전자회로 1 커리큘럼
전자회로 1 커리큘럼입니다. 기본적으로 반도체 공학에서 배웠던 능동소자(Diode, BJT, MOSFET)를 통해 단일 증폭기를 설계한다. 회로를 해석하는데에 있어 회로이론에서 배운 회로 해석기법을 사용
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