그림은 증폭기 회로에서 입력전압의 주파수와 전압이득 사이의 관계를 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
2020년 국가직 9급 전자공학개론 7번
2020년도 시행 • 7번 문항
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정답: 4번
■ 1단계: 증폭기의 주파수 응답 특성 분석
• 저주파 영역 (Low-Frequency Region):
- 입·출력 결합 커패시터($C_C$) 및 이미터/소스 바이패스 커패시터($C_E, C_S$)의 리액턴스($X_C = \frac{1}{2\pi f C}$)가 저주파에서 커져 신호 전달을 방해하므로 이득이 감소합니다. (②번 옳은 설명)
• 고주파 영역 (High-Frequency Region):
- 트랜지스터 내부 접합부에 존재하는 기생 커패시턴스($C_{be}, C_{bc}$ 등) 및 배선 용량의 리액턴스가 작아져 신호를 접지로 바이패스시키므로 이득이 감쇄합니다. (①번 옳은 설명)
• 대역폭(Bandwidth, $BW$) 정의:
- 중간대역 최대 이득($A_{\text{mid}}$) 대비 전력이 절반($-3\text{ dB}$, 전압비 $\frac{1}{\sqrt{2}} \approx 0.707$)으로 떨어지는 저역 차단주파수($f_L$)와 고역 차단주파수($f_H$)의 차이를 대역폭이라고 정의합니다 ($BW = f_H - f_L \approx f_H$). (③번 옳은 설명)
■ 2단계: 이득-대역폭 곱(GBW) 트레이드오프 분석 (보기 ④ 판별)
• 증폭기 회로에서는 **'이득-대역폭 곱(Gain-Bandwidth Product, GBW)'**이 일정하게 유지되는 특성이 있습니다:
$$\text{GBW} = A_v \times BW = \text{Constant}$$
• 따라서 전압 이득($A_v$)을 증가시키면 대역폭($BW$)은 감소하며, 전압 이득을 낮추어야 대역폭이 넓어집니다.
• '전압이득이 증가함에 따라 대역폭도 증가한다'는 ④번 설명은 옳지 않습니다.
■ 최종 결과:
• 옳지 않은 설명은 ④번
• 저주파 영역 (Low-Frequency Region):
- 입·출력 결합 커패시터($C_C$) 및 이미터/소스 바이패스 커패시터($C_E, C_S$)의 리액턴스($X_C = \frac{1}{2\pi f C}$)가 저주파에서 커져 신호 전달을 방해하므로 이득이 감소합니다. (②번 옳은 설명)
• 고주파 영역 (High-Frequency Region):
- 트랜지스터 내부 접합부에 존재하는 기생 커패시턴스($C_{be}, C_{bc}$ 등) 및 배선 용량의 리액턴스가 작아져 신호를 접지로 바이패스시키므로 이득이 감쇄합니다. (①번 옳은 설명)
• 대역폭(Bandwidth, $BW$) 정의:
- 중간대역 최대 이득($A_{\text{mid}}$) 대비 전력이 절반($-3\text{ dB}$, 전압비 $\frac{1}{\sqrt{2}} \approx 0.707$)으로 떨어지는 저역 차단주파수($f_L$)와 고역 차단주파수($f_H$)의 차이를 대역폭이라고 정의합니다 ($BW = f_H - f_L \approx f_H$). (③번 옳은 설명)
■ 2단계: 이득-대역폭 곱(GBW) 트레이드오프 분석 (보기 ④ 판별)
• 증폭기 회로에서는 **'이득-대역폭 곱(Gain-Bandwidth Product, GBW)'**이 일정하게 유지되는 특성이 있습니다:
$$\text{GBW} = A_v \times BW = \text{Constant}$$
• 따라서 전압 이득($A_v$)을 증가시키면 대역폭($BW$)은 감소하며, 전압 이득을 낮추어야 대역폭이 넓어집니다.
• '전압이득이 증가함에 따라 대역폭도 증가한다'는 ④번 설명은 옳지 않습니다.
■ 최종 결과:
• 옳지 않은 설명은 ④번