Lecture 31. Foundations for Feedback Analysis: Types of Amplifier

-Types of Amplifier

Amplifer로 우리는 지금까지는 Voltage-Voltage 관계인 voltage amp를 많이 사용하였다. 

이는 voltage input voltage ouput으로 익숙한 것이니 이 정도만 하고 패스.

 

두 번째는 input으로 Current output은 voltage인 회로이다. 

이는 Transimpednace로 불리는 amplifier로 단순하게 생각하면 V=IR의 관계로 생각하면 된다. input으로 전류를 넣어주면 그만큼의 전압이 형성되는 amplifier이다. 

 

세 번째는 voltage input current output이다. 

이를 Transconductance라고 부르고 우리는 여태까지 Gm으로 잘 알고 있는 내용이다. Bipolar 혹은 MOSFET 같은 transistor를 보면 input은 전압인데 전류가 output으로 나타난다. 우리가 이를 전압의 관계로만 사용하기 위해서 transimpedance인 저항을 이용하여 Iout을 Vout으로 전환시켜서 Vin/Vout의 관계로 생각할 수 있었다. 

 

마지막으로는 Current input current output이다. 

Bipolar의 경우 base에 전류가 input으로 들어가면 beta만큼 증폭되어 나타남을 알 수 있다. 이와 같은 것을 current amplifier라고 한다. 

 

 

-Input and Output impedances of Four Amp. Topologies

 

Voltage amp의 경우 input과 output 모두 전압이다. Amplifier 입장에서는 전압을 우선 sense(측정)해야 함으로 우리가 앞서 말했던 것과 같이 저항의 값이 매우 높아야 한다. 그래야 이전의 회로에 영향을 안 주고 측정할 수 있다. 그리고 Av를 거쳐서 나온 전압이 다음 stage에 전압을 공급함으로 voltage source에서 이상적인 경우는 series로 존재하는 저항이 작아야 한다. 

Transimpedance의 경우 input으로 current ouput으로 voltage이다. 여기서 Rin의 경우 transimpedance amp에서 전류를 sense해야 됨으로 이를 위해서 series로 저항의 값을 매우 낮춘 상태로 측정해야 하므로 Rin=0이 된다. Rout의 경우 Voltage source로 Transimpedance가 동작함으로 Rout=0이 돼야 한다. 

Transconductance의 경우 Voltage input Current output이다. 우선 voltage를 sense하기 위해서는 parallel 하게 연결하여 높은 저항의 값으로 연결하여 영향을 주지 않게 해야 한다. 여기서는 병렬은 표현하지 않았지만 적어도 Rin이 매우 커야 함을 알 수 있다. Gm을 통해 생성된 전류는 current source로 작동함으로 저항의 값이 매우 커야 다음 stage에 이상적으로 전류를 전달해 줄 수 있다. 

Current Amplifier는 input output 모두 current이다. current를 sense하기 위해서는 series로 낮은 저항의 값을 가져야 하므로 Rin이 매우 낮아야 한다. current amp를 지난 후 current source로 작동해야 하므로 Rout이 매우 커야 한다. 

 

EX)

Voltage amp는 아래와 같다. 

Voltage amp는 앞서 말한 것처럼 Rin을 높게 Rout을 낮게 하고 있음을 알 수 있다. 

Transimpedance의 경우 위와 같다. Input current가 Rpi로 인해 전압을 형성하고 그에 따라 collector에 전압이 형성되어 Follower에 전압으로 나타나게 된다. 

Transconductance는 위와 같다. Vin으로 넣어주고 transistor의 특성으로 인해 전류가 형성되고 있다. 

Current amp의 경우 위와 같다. Rin이 1/gm으로 낮고 Rout은 ro로 매우 높음을 확인할 수 있다.

 

-Models of Four Amplifier Topologies

Voltage amp의 model의 경우 위 와 같다. 여기서 ideal한 경우 앞서 본 것과 같이 Rin이 매우 크고 Rout이 작다. 그래서 open과 short로 표현했는데 현실에는 저항이 존재함으로 Rin과 Rout을 그려주었다. 그리고 Av*Vin으로 증폭된 전압이 나타나게 된다. 

Transimpedance의 경우 Rin에서 current sense를 위해 낮고 Rout은 Voltage source임으로 낮다. 

Transconductance의 경우 Voltage input Current output임으로 sense 하기 위해서 Rin의 값이 높고 Rout은 current source로 작동함으로 매우 높아야 한다. 그리고 여기서는 current source로 작동함으로 Rout이 parallel 하게 연결되어 있다. 

current amp의 경우는 앞서 그린것을 이용하면 쉽게 생각할 수 있다. 

 

V/R

 

 

윤.