차동증폭기

1. MOS 차동증폭기

MOS 차동 증폭기라고도 알려진 MOS 차동 쌍은 아날로그 집적 회로의 공통 구성 요소입니다. 두 개의 입력이 있고 두 입력 사이의 차이에 비례하는 증폭된 출력 신호를 제공하는 회로입니다. MOS 차동 쌍은 작동 증폭기, 데이터 변환기 및 기타 아날로그 회로에 널리 사용됩니다. MOS 차동 쌍은 소스가 함께 연결되고 게이트가 두 입력 신호에 연결된 두 개의 일치된 MOSFET로 구성됩니다. 2개의 MOSFET는 일반적으로 전류원 또는 저항에 의해 편향되며, 드레인 출력은 부하 저항 또는 다른 증폭 단계에 연결됩니다. 두 입력 신호가 동일할 경우 두 MOSFET를 통과하는 전류는 동일하며 부하 저항을 가로지르는 전압은 0입니다. 두 입력 신호가 다를 경우 두 입력 간의 전압 차이로 인해 MOSFET를 통과하는 전류가 차이가 발생하여 로드 저항에 걸쳐 0이 아닌 출력 전압이 생성됩니다. 출력 전압은 두 입력 신호의 차이에 비례하며, 바이어스 전류 또는 부하 저항을 변경하여 증폭기의 게인을 조정할 수 있습니다. MOS 차동 쌍은 다른 차동 증폭기에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 입력 임피던스가 높고 입력 캐패시턴스가 낮으며 노이즈가 적어 고주파 애플리케이션에 적합합니다. 또한 넓은 출력 전압 스윙을 가지고 있어 광범위한 입력 신호로 작동할 수 있습니다.

2. 공통 모드 거부

공통 모드 거부(Common-Mode Reject, CMR)는 차동 증폭기가 증폭기의 두 입력에 공통적인 신호를 거부(증폭하지 않음)하는 능력의 척도입니다. 공통 모드 신호는 환경에서 수신되는 노이즈 또는 간섭과 같이 증폭기의 두 입력 단자에 동일하게 나타나는 신호입니다. 공통 모드 거부 비율(CMRR)은 차동 증폭기가 공통 모드 신호를 거부할 수 있는 능력을 측정하는 단위로, 데시벨(dB) 단위로 표시됩니다. 공통 모드 신호는 증폭기의 정확도와 성능을 저하시킬 수 있기 때문에 CMR은 차동 증폭기의 중요한 매개 변수입니다. 공통 모드 신호를 거부하는 기능은 차동 증폭기의 균형 잡힌 입력 구성에 의해 달라지며, 여기서 입력 신호는 서로 상쇄되어 차동 신호만 증폭됩니다. CMRR은 공통 모드 이득에 대한 차등 이득의 비율로 정의됩니다. 일반적으로 차동 증폭기의 데이터시트에 표기 됩니다. 예를 들어, 60dB의 CMRR은 차동 이득이 공통 모드 이득보다 1000배 더 크다는 것을 의미합니다. CMRR은 일치된 구성 요소를 사용하고 회로의 레이아웃과 차폐를 개선하며 피드백을 사용하여 공통 모드 신호를 취소하는 등의 다양한 기술에 의해 개선될 수 있습니다. 일부 증폭기는 또한 CMRR을 개선하기 위해 초퍼 안정화 또는 자동 영점 조정과 같은 공통 모드 거부 회로가 내장되어 있습니다. 결론적으로, 공통 모드 거부(Common-Mode Rejection)는 차동 증폭기가 증폭기의 두 입력 모두에 공통되는 신호를 거부할 수 있는 능력으로, 공통 모드 거부 비율(CMR)로 표현됩니다. 증폭기의 정확성 및 성능을 보장하기 위해 더 높은 CMRR이 바람직합니다.

3. DC 오프셋

차동 증폭기의 DC 오프셋은 차동 입력 신호가 적용되지 않을 때 앰프의 두 입력 사이에 원하지 않는 전압 차이를 의미합니다. 이상적으로 입력 신호가 적용되지 않을 때는 차동 증폭기의 출력이 0이어야 합니다. 그러나 실제로는 구성 요소 불일치 및 비이상성으로 인해 입력 신호가 없는 경우에도 0이 아닌 출력 전압이 존재할 수 있습니다. 이 0이 아닌 출력 전압을 DC 오프셋 전압이라고 합니다. DC 오프셋은 많은 애플리케이션, 특히 작은 신호를 정확하게 증폭해야 하는 데이터 수집 및 신호 처리 시스템에서 문제가 될 수 있습니다. DC 오프셋은 신호의 측정 또는 처리에 오류를 초래할 수 있으며, 후속 증폭기 또는 처리 회로를 포화시킬 수도 있습니다. DC 오프셋은 신중한 회로 설계 및 레이아웃, 구성요소 일치 및 보정을 통해 최소화할 수 있습니다. 차동 증폭기에서 DC 오프셋을 최소화하기 위한 한 가지 일반적인 기술은 DC 오프셋 전압을 측정하고 보정하는 피드백 루프를 사용하는 것입니다. 이는 피드백 루프에 저항 및 캐패시터 네트워크를 추가하여 출력 신호의 작은 부분을 입력으로 피드백하여 DC 오프셋을 취소함으로써 달성할 수 있습니다. DC 오프셋을 최소화하기 위한 다른 기술은 초퍼 안정화 또는 자동 영점 조정 기술을 사용합니다. 초퍼 안정화는 정기적으로 디퍼렌셜 앰프의 입력을 접지로 전환하여 DC 오프셋 전압을 상쇄합니다. 자동 영점 조정은 유사한 원리를 사용하지만 입력을 접지하는 대신 피드백 루프를 사용하여 DC 오프셋 전압을 측정하고 보정합니다.

4. 다단계 증폭기

다단계 증폭기는 높은 이득과 향상된 주파수 응답을 제공하기 위해 직렬로 연결된 다수의 증폭기 단으로 구성된 전자 회로입니다. 각 증폭단은 이전 단계의 신호를 증폭하여 다음 단계로 전달함으로써 입력 신호의 전체적인 증폭을 수행합니다. 다단계 증폭기는 오디오 증폭기, RF 증폭기 및 계측 증폭기에 일반적으로 사용됩니다. 다단계 증폭기의 주요 장점은 다음과 같습니다: 높은 이득: 각 단계는 신호를 증폭하기 때문에, 증폭기의 전체 이득은 단일 단계 증폭기보다 훨씬 높을 수 있습니다. 향상된 주파수 응답: 다중 증폭 단계를 사용함으로써, 증폭기의 주파수 응답을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 더 넓은 범위의 주파수를 증폭할 수 있습니다. 왜곡 감소: 각 단계는 특정 범위의 주파수에 최적화되어 왜곡을 줄이고 신호의 전반적인 품질을 향상시킬 수 있습니다. 다단계 증폭기에는 캐스케이드 증폭기, 캐스코드 증폭기, 달링턴 증폭기 등 여러 종류가 있습니다. 캐스케이드 증폭기는 직렬로 연결된 2개 이상의 증폭기 단으로 구성되며, 각 단의 출력은 다음 단의 입력에 연결됩니다. 캐스케이드 증폭기의 장점은 낮은 왜곡으로 높은 이득을 제공하지만, 또한 좁은 대역폭을 갖는 경향이 있습니다. 케스코드 증폭기는 하나의 증폭기의 출력이 다른 증폭기의 입력에 연결되는 구성으로 연결된 둘 이상의 증폭기로 구성됩니다. 이 구성은 왜곡이 적은 높은 이득과 넓은 대역폭을 제공합니다. 달링턴 증폭기는 높은 전류 이득과 낮은 출력 임피던스를 제공하는 구성으로 연결된 두 개 이상의 트랜지스터로 구성됩니다. 이 구성은 일반적으로 전력 증폭기 및 모터 제어 회로에 사용됩니다.