차동 증폭기

소개글

차동 증폭기에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

지 사이에 출력 Vout를 만들어 낸다. v1과 v2의 진폭이 같기 때문에 출력신호 Vout1 및 Vout의 파형은 크기는 같으나, 180° 위상차가 나게 된다.
만약 그림 2-2에서 보듯이 차동 증폭기의 출력으로서 Vout1을 기준으로 Vout를 취한다면, 출력 Vout은 Vout1 - Vout2이 되며 v1과 같은 위상을 가지게 된다. 그 반대로 Q1의 베이스가 접지로 연결되고 Q2의 베이스에 단일 입력 v2가 인가되면서, 출력 Vout을 Vout2-Vout1로 사용한다면 입력 v2와 반대 위상을 갖는다. 이 위상 관계는 이러한 형태의 선형 증폭기의 해석 및 설계에 대단히 중요하다.
(3) 차동 모드(differential mode) 입력을 갖는 차동 증폭기
차동 모드 입력을 갖는 차동 증폭기의 동작 원리는 그림 2-3에 나타나 있다. 트랜지스터 Q1 및 Q2의 베이스는 증폭기의 입력단으로 변압기 T를 통하여 진폭은 같으나 위상이 180°차이가 나는 차동 모드 동작을 하는 입력신호가 인가된다. Q1의 베이스에 증가하는 방향의 정현파가 가해지고 Q2의 베이스에는 감소하는 방향의 정현파가 가해진다고 하자. 먼저, Q2는 없다고 생각하며 Q1의 동작만 고려할 때, Q1의 베이스에 가해진 증가하는 신호는 Q1의 콜렉터에 증폭된 감소하는 파형이 생겨나고 양단에 증가하는 정현파 신호 성분이 발생한다.
그림 2-3. 차동 모드 입력을 가지는 차동 증폭기 회로.
이제 Q1이 없다고 가정하고 Q2의 동작을 고려할 때, Q2의 베이스에 감소하는 신호는 Q2의 콜렉터에 증폭된 증가하는 신호파형이 생겨나며, 양단에는 감소하는 신호 성분이 발생한다. Q1 및 Q2의 반대되는 동작으로 인하여 양단에 생겨나는 신호전압은 크기는 같으나 180°위상차가 나기 때문에, 양단의 신호전압은 상쇄되어 아무런 신호도 없게 된다. 결과적으로, 양단에는 아무런 신호전류도 흐르지 않고 소신호 측면으로 볼 때 에미터 단자는 접지되어 있는 것과 같은 현상으로 나타난다. 따라서 이론적으로 Q1 및 Q2 사이에 는 아무런 연결이 없으며, 각 콜렉터 단자에서의 출력은 증폭된 정현파가 나타나며, 그 진폭의 크기는 같으며 위상은 각 베이스에서의 입력에 비해 180°위상차이가 난다.
만약에 최종 출력 Vout을 Q2와 Q1사이의 신호 전압의 차이로서 취해진다면, Vout은 증가하며 신호파형으로 그 크기는 각 콜렉터 단자와 접지 사이의 신호전압의 두 배가 될 것이다. 한편, 이러한 차동 증폭기 콜렉터 단자로부터 두 개의 출력을 각각 사용하는 것도 가능하며, 이 신호전압들은 크기가 같으며 위상은 180° 차이가 난다.
(4) 공통 모드 제거비(common mode rejection ratio:CMRR)
차동 증폭기는 차동 모드 입력 신호에 대해서는 높은 이득을, 공통 모드 입력신호에 대해서는 아주 낮은 이득을 가져야 한다. 차동 모드 신호에 대한 증폭기의 이득을 Ad라고 하고공통 모드 신호에 대한 증폭기의 이득을 Ac라고 할 때 이 두 값의 비를 다음 식에서와 같이 공통 모드 제거비라고 정의한다.
이 공통 모드 제거비는 차동 증폭기의 성능을 나타내는 기준 중의 하나이며 이상적인 증폭
기에서는 무한대의 값을 갖는다.
3. 시뮬레이션
1) 회로도
2) 결과( 입력 전압이 같을 때)
3) 결과( 입력 전압이 다를 때 V6=0)
시뮬레이션 결과 이론에 나와 있는 것과 같이 두 입력 전압의 크기가 같을 경우 v1 - v2 = 0이 되어 출력되는 전압은 0이 됐다. 반면 두 입력의 차이값이 발생했을 경우 그 차이 값에서 반전 증폭으로 약 9V/V의 전압 게인을 얻을 수 있다는 것을 확인 할 수 있었다.
4. 결과 및 토의

키워드

차동증폭기,   차동 증폭기,   차동,   증폭기