[설계 결과 보고서] 쌍극성 스위치

소개글

[설계 결과 보고서] 쌍극성 스위치에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 명제
2. 설계 목적
3. 설계 순서
4. 사용 기기 및 부품
5. Block Diagram
6. 각 부분의 회로 구성
7. 소자값 계산
8. 회로 연결
9. 시뮬레이션
　1.컴퓨터 시뮬레이션
　2.Breadboard Test
10. 최종측정
　1.만능기판에 구현된 회로
　2.오실로스코프 파형측정
　3.파형 측정 및 분석
11. 영향
12. 결론
13. 참고문헌
첨부. Data Sheet

본문내용

e
- Power Supply
- Function Generator
- ua741, MC14016BCP
- 저항 : 10k 3개, 20k 1개 100k 1개, 가변저항 20k
- 커패시터 : 1, 30
전원공급
회로
DC
버퍼
차동증폭기
&
반전증폭기
출력
MOS SW
1. 반전 증폭기
연산 증폭기의 기본적인 회로구조의 하나로서, 다음의 그림과 같은 회로이다.
증폭기 본체의 입출력 임피던스를 각각 , 로 하면 그림의 증폭기의 입출력 임피던스는 각각 및 로 된다. 여기서 는 증폭기 본체의 전압 이득이고 이다. 폐 루프 전압이득 는 이며, 이면 이다. 출력전압 극성은 반전한다.
2. 비반전 증폭기
연산 증폭기의 기본적인 회로구조의 하나로, 아래 그림에서와 같이 접속된 것이다.
증폭기 본체의 입출력 임피던스를 각각 , 로 하면, 폐 루프의 입출력 임피던스는 각각 및 로 된다. 는 증폭기 본체의 전압 이득이고 는 와 같다. 또 , 로 한다. 특징은 다음과 같다.
1) 입력 임피던스가 크다.
2) 이면 폐 루프 전압 이득 은 거의 과 같고 1보다 크다. 3) 동작 주파수 대역이 넓다.
4) 출력 극성은 입력극성과 같다. 따라서 반전 하지 않는다.
3. 차동 직류 증폭기
차동 직류 증폭기의 경우 그 증폭기가 이상적인 경우는 다음과 같다.
(단, 는 동상신호(차신호)전압이득)
차동 직류 증폭기는 차동입력, 단일출력을 필요로 하는데 사용한다.(예 : 장력 gauge등)
비반전 이득 A, 반전 이들을 -A
양단의 신호 입력 라면
4. 전압 폴러
1) -, +가 가상단락이므로
2) 출력은 입력을 따라간다. 따라서 전압 follower이다.
3) 입력 임피던스가 크면 출력 임피던스가 작아지므로 임피던스 매칭(0)에 사용된다.
5. 쌍극성 스위치의 원리
우선, S가 ON, OFF에 따라 출력은 +V, -V로 된다. S가 ON 일 경우 반전증폭기(+단자 : 접지)로 작동을 하고 S가 OFF일 경우 차등증폭기(중첩의 원리)로 작동하게 된다.
1. 분압기
- 전원의 분배(분압)을 위하여 전압폴러와 전원 그리고 Ground사이에 저항을 배치한다.
2. 전압폴러
- +와 -가 가상접지 이므로 이다. 따라서 전압폴러에는 별도의 소자가 필요하지 않다. 다만 임피던스 매칭을 위하여 가변저항을 사용한다.
3. 차동직류증폭기
- 차동 직류 증폭기의 경우
, 이다. 또한 이다. 따라서 소자값은 다음과 같다.
라고 하면 이므로
4. MOS SW
- 신호를 정상적으로 전달하기 위하여 다음과 같은 소자값을 사용한다.
-
-
- 위의 부분 설계에 따라서 쌍극성 스위치를 다음과 같이 설계한다.
※ Multisim 시뮬레이션 프로그램에서 4016소자가 지원되지 않는 관계로 동일한 동작의 CMOS 소자인 4066BP를 사용하였다.
1. 컴퓨터 시뮬레이션
- 설계된 쌍극성 스위치의 정상 작동을 확인하기 위하여 Munitsim프로그램을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 한다. 시뮬레이션 결과
- 컴퓨터 시뮬레이션 결과 입력파형(파란색)에 따라 출력파형(빨간색)의 위상이 반전되어 나타남을 확인할 수 있었다. 따라서 컴퓨터 시뮬레이션 결과 쌍극성 스위치가 정상적으로 작동되어 우리가 원하는 출력을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
2. Breadboard Test
- 만능기판에 최종적으로 회로를 구성하기 전에 실제 소자가 컴퓨터 시뮬레이션과 동일하게 작동을 하는지 보기 위하여 Breadboard에 회로를 구성하였다.
구성된 회로를 오실로스코프를 측정한 파형은 다음과 같다.
1. 만능기판에 구현된 회로
2. 오실로스코프 파형측정
3. 분석
- 입력파형(녹색)과 출력파형(노란색)의 주파수가 같으며, 두 신호의 도 거의 동일함을 알 수 있다. 또한 파형이 겹쳐지지 않고 나오는 것을 보아 두 신호의 위상 또한 반전됨을 알 수 있다.
- 이 설계의 영향에 있어 간단한 AM변조기를 구성할 수 있으므로 AM변 복조 회로로 사용이 가능하다. 따라서 이 설계는 사회적으로 빠른 통신을 구현하여 정보전달의 효율성을 향상시킬 수 있으며, 환경적으로는 변, 복조를 통하여 이루어지는 무선시스템을 사용하므로 유선시스템의 단점인 통신선로 구축이 필요 없다. 따라서 이는 통신선로에 필요한 원자재를 아낄 수 있으므로 자원을 더욱 아낄 수 있다.
쌍극성 스위치 회로에 입력파형을 구형파를 인가하였을 때 SW가 Open 상태에서 출력 값과 Close 상태에서의 출력값이 서로 반전 값이 나오며 스위치가 모두 OFF 된 경우 단자가 모두 +입력전압이 인가되어 차동증폭기가 동작한다는 것을 확인할 수 있다. Breadboard 에서의 측정 파형 및 결과 값과 만능기판에서의 출력 값이 오차는 조금 있으나 거의 비슷한 값이 나온다. 만능 기판에서 실험 했을 때 좀 더 파형이 깔끔하게 나왔고, 정상 동작을 함을 알 수 있었다. 쌍극성 스위치를 제작함에 있어서 간단한 AM변조기에도 사용할 수 있다는 것을 알게 되었다. 따라서 이를 응용하면 간단한 AM변, 복조기를 만들 수 있다.
이번 실험을 통해 처음 접하는 쌍극성 스위치를 좀 더 자세하게 알 수 있었다. 쌍극성 스위치를 이용하여 어떠한 용도에 사용되는지 알 수 있었다. 이론을 접하고 막상 실제로 회로를 구성하는데 많은 애로사항이 발생하였다. 시뮬레이션에서 정상 동작하던 회로가 막상 회로로 옮겼을 때는 작동하지 않는 경우도 있었으며 +전압과 -전압 그리고 Ground가 같이 있다 보니 설계 및 납땜 작업 중에 간간히 감전도 일어났다. 하지만 막상 완성하고 실제로 구현되는 것을 확인하니 또 하나 새로운 것을 알고 가게 됨을 느꼈다. 이렇게 하나하나씩 구현을 해 나가 앞으로 더욱 좋은 발전을 보일 수 있다고 자부했다. 짧은 시간 안에 회로를 구성하는게 다소 힘들었지만 앞으로 전자공학도의 생활에 유용할 것 같다.
- IC 응용 및 설계, 이영훈 저, 상학당.
- IC 응용설계 및 실험, 이영훈 저, 상학당.
- 전자통신전공실험, 김인태 저, 상학당.
- Electronic Fumdamentals & Applications, Englewood Cliffs, Ryder John D 저.
1. UA741
2. MC14016BCP

키워드

쌍극성,   스위치,   설계,   결과보고서