소신호 모델

소신호 모델링은 선형 방정식을 사용하여 비선형 장치를 포함하는 전자 회로의 거동을 근사하는 데 사용되는 전자 공학에서 일반적인 분석 기법입니다.AC 신호(즉, 회로의 시간 가변 전류 및 전압)가 DC 바이어스 전류 및 전압에 비해 작은 전자 회로에 적용할 수 있습니다.소신호모델은 비선형회로소자가 바이어스 포인트 부근의 특성곡선의 1차(선형)근사에 의해 값이 주어지는 선형소자로 치환되는 교류등가회로이다.

개요

저항기, 인덕터 및 캐패시터와 같은 간단한 전기 회로에 사용되는 많은 전기 구성 요소는 ^{[clarification needed]}^{[citation needed]}선형입니다.선형 회로라고 불리는 이러한 구성요소로 만들어진 회로는 선형 미분 방정식에 의해 제어되며, 라플라스 ^{[citation needed]}변환과 같은 강력한 수학적 주파수 영역 방법으로 쉽게 풀 수 있습니다.

반대로 다이오드, 트랜지스터, 집적회로, 진공관 등 전자회로를 구성하는 많은 구성요소는 비선형입니다. 즉, 이들 구성요소를 통과하는 전류는^{[clarification needed]} 전압에 비례하지 않으며 트랜지스터와 같은 2포트 장치의 출력은 입력에 비례하지 않습니다.전류와 전압의 관계는 그래프상의 곡선, 즉 특성 곡선(I-V 곡선)으로 나타납니다.일반적으로 이러한 회로에는 간단한 수학적 해답이 없습니다.전류와 전압을 계산하려면 일반적으로 SPICE와 같은 전자회로 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 그래픽 방식 또는 시뮬레이션이 필요합니다.

라디오 일렉트로닉스

그러나 무선 수신기, 통신, 센서, 계측기 및 신호 처리 회로와 같은 일부 전자 회로에서는 AC 신호가 회로의 DC 전압 및 전류에 비해 "작습니다".이 경우 섭동이론은 선형인 대략적인 AC등가회로를 도출하기 위해 사용될 수 있으며, 회로의 AC거동을 쉽게 계산할 수 있다.이들 회로에서는 트랜지스터 및 진공관 등의 각 비선형 컴포넌트에 바이어스라고 불리는 일정한 DC 전류 또는 전압이 인가되어 동작점이 설정되고 처리되는 신호를 나타내는 시변 AC 전류 또는 전압이 가산됩니다.그래프에서 바이어스 전류와 전압을 나타내는 점을 대기점(Q 지점)이라고 합니다.위의 회로에서 AC 신호는 바이어스에 비해 작으며, Q 포인트를 중심으로 한 회로에서 DC 전압 또는 전류의 작은 섭동을 나타냅니다.장치의 특성 곡선이 신호에 의해 점유되는 영역에 걸쳐 충분히 평탄한 경우, 테일러 직렬 확장을 사용하여 비선형 함수는 1차 편도함수에 의해 바이어스 지점 근처에서 근사할 수 있습니다(이는 바이어스 지점에서 특징 곡선에 접하는 직선으로 근사하는 것과 동일함).이러한 부분 도함수는 신호에 의해 나타나는 증분 캐패시턴스, 저항, 인덕턴스 및 게인을 나타내며, 작은 AC 신호에 대한 실제 회로의 응답을 제공하는 선형 등가 회로를 만드는 데 사용할 수 있습니다.이것을 "소신호 모델"이라고 합니다.

소형 신호 모델은 회로(Q 포인트)의 DC 바이어스 전류 및 전압에 따라 달라집니다.바이어스를 변경하면 커브에서 작동 지점이 위 또는 아래로 이동하므로 신호에서 볼 수 있는 동등한 작은 신호 AC 저항, 게인 등이 변경됩니다.

연속적인 단일값, 매끄러운(미분 가능한) 곡선에 의해 특성이 주어지는 비선형 구성요소는 선형 작은 신호 모델로 근사할 수 있다.전자관, 다이오드, 전계효과 트랜지스터(FET) 및 바이폴라 트랜지스터, 특히 하이브리드 파이 모델과 다양한 2포트 네트워크에 대해 작은 신호 모델이 존재합니다.제조업체는 데이터 시트에 이러한 구성요소의 작은 신호 특성을 "일반적인" 바이어스 값으로 나열하는 경우가 많습니다.

변수 표기법

시간에 대한 상수 값인 DC 수량(편향이라고도 함)은 대문자 첨자와 대문자 첨자로 표시됩니다.예를 들어 트랜지스터의 DC 입력 바이어스 전압은 $V_{\mathrm {IN} }$ $V_{\mathrm {IN} }$ N $({$ 으로 $V_{\mathrm {IN} }$ 됩니다. 예를 들어 V I $V_{\mathrm {IN} }=5$ $V_{\mathrm {IN} }=5$ $({displaystyle V_{\mathrm {IN}$ } = $5$ 라고 할 수 있습니다.
평균값이 0인 소신호 수량은 소문자와 첨자를 사용하여 표시됩니다.모델링에 일반적으로 사용되는 작은 신호는 정현파 신호입니다.AC" 신호입니다.예를 들어 트랜지스터의 입력신호는 $v_{\mathrm {in} }$ n $(\$ v_ ${\mathrm$ {in $v_{\mathrm {in} }$ 으로 표시됩니다.예를 들어 $v_{\mathrm {in} }(t)=0.2\cos(2\pi t)$ n ( $v_{\mathrm {in} }(t)=0.2\cos(2\pi t)$ ) $v_{\mathrm {in} }(t)=0.2\cos(2\pi t)$ 0.2 $v_{\mathrm {in} }(t)=0.2\cos(2\pi t)$ ( $v_{\mathrm {in} }(t)=0.2\cos(2\pi t)$ $v_{\mathrm {in} }(t)=0.2\cos(2\pi t)$ t $v_{\mathrm {in} }(t)=0.2\cos(2\pi t)$ ) { $displaystyle v_{\mathrm {in}$ }(t $)$ 이라고 할 수 있습니다. $2\cos$ (2 $\pi$ t $v_{\mathrm {in} }(t)=0.2\cos(2\pi t)$
작은 신호 수량과 큰 신호 수량을 모두 조합한 총 수량은 소문자와 대문자 첨자를 사용하여 표시됩니다.예를 들어, 상기 트랜지스터에 대한 총 입력 $v_{\mathrm {IN} }(t)$ 은 v I $v_{\mathrm {IN} }(t)$ ( t $v_{\mathrm {IN} }(t)$ ) { $displaystyle$ v_ ${\mathrm$ {IN} }(t $v_{\mathrm {IN} }(t)$ 로 $v_{\mathrm {IN} }(t)$ 됩니다.총 신호의 소량 모델은 DC 성분과 총 신호의 소량 성분의 합입니다. 대수 $v_{\mathrm {IN} }(t)=V_{\mathrm {IN} }+v_{\mathrm {in} }(t)$ 으로는 $v_{\mathrm {IN} }(t)=V_{\mathrm {IN} }+v_{\mathrm {in} }(t)$ $v_{\mathrm {IN} }(t)=V_{\mathrm {IN} }+v_{\mathrm {in} }(t)$ ( t ) $v_{\mathrm {IN} }(t)=V_{\mathrm {IN} }+v_{\mathrm {in} }(t)$ $v_{\mathrm {IN} }(t)=V_{\mathrm {IN} }+v_{\mathrm {in} }(t)$ N + $v_{\mathrm {IN} }(t)=V_{\mathrm {IN} }+v_{\mathrm {in} }(t)$ n $v_{\mathrm {IN} }(t)=V_{\mathrm {IN} }+v_{\mathrm {in} }(t)$ ( $v_{\mathrm {IN} }(t)=V_{\mathrm {IN} }+v_{\mathrm {in} }(t)$ ) $v_{\mathrm {IN} }(t)=V_{\mathrm {IN} }+v_{\mathrm {in} }(t)$ { $display v$ _ { \ $mathrm$ { $IN$ } ( t ) $=$ $V_{\mathrm {IN}}+v_{\mathrm {in}$ }( $t$ $v_{\mathrm {IN} }(t)=5+0.2\cos(2\pi t)$ 를 들어, $v_{\mathrm {IN} }(t)=5+0.2\cos(2\pi t)$ I $v_{\mathrm {IN} }(t)=5+0.2\cos(2\pi t)$ ( $v_{\mathrm {IN} }(t)=5+0.2\cos(2\pi t)$ ) $=$ + 0.2 cos $v_{\mathrm {IN} }(t)=5+0.2\cos(2\pi t)$ ( $v_{\mathrm {IN} }(t)=5+0.2\cos(2\pi t)$ ${\$ t ) { $display v_{\mathrm {IN}$ }(t)= $5+0.2\cos(2pi)$ $.$

PN 접합 다이오드

(대신호)다이오드의 쇼클리 방정식은 바이어스 포인트 또는 대기 포인트(Q 포인트라고도 함)를 선형화하여 다이오드의 소신호 컨덕턴스, 캐패시턴스 및 저항을 구할 수 있습니다.이 절차는 다이오드 모델링 #Small-Signal_modeling에서 자세히 설명되며, 반도체 장치의 작은 신호 모델에서 따르는 선형화 절차의 예를 제공합니다.

작은 신호와 큰 신호의 차이

큰 신호는 회로의 비선형 동작을 나타낼 수 있는 충분한 크기를 가진 신호입니다.신호는 DC 신호 또는 AC 신호 또는 실제로 모든 신호일 수 있습니다.신호가 큰 신호로 간주되기 전에 어느 정도의 크기(크기)가 필요한지는 신호가 사용되는 회로와 컨텍스트에 따라 달라집니다.일부 고비선형 회로에서는 실질적으로 모든 신호를 큰 신호로 간주해야 합니다.

작은 신호는 바이어스 신호에 중첩되는(또는 DC 정수 신호에 중첩되는) AC 신호(더 정확히는 평균값이 0인 신호입니다.신호의 분해능을 2개의 컴포넌트로 함으로써 중첩 기술을 사용하여 추가 분석을 단순화할 수 있습니다.(중첩이 콘텍스트에 적용되는 경우).

회로에 대한 작은 신호의 기여 분석에서 직류 성분인 비선형 성분은 비선형성을 고려하여 별도로 분석한다.

「」를 참조해 주세요.

다이오드 모델링
하이브리드 PI 모델
초기 효과
SPICE – 소형 신호 모델을 해결할 수 있는 범용 아날로그 전자회로 시뮬레이터인 집적회로 강조 시뮬레이션 프로그램.

레퍼런스

Search

소신호 모델

네임스페이스

더

목차

개요

라디오 일렉트로닉스

변수 표기법

PN 접합 다이오드

작은 신호와 큰 신호의 차이

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

Search

소신호 모델

개요

라디오 일렉트로닉스

변수 표기법

PN 접합 다이오드

작은 신호와 큰 신호의 차이

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

「」를 참조해 주세요.