전기 회로에서 증폭기의 종류/특성

Amplifer(증폭기)

Amplifier는 Amp라고도 부르며, 증폭기의 역할을 한다.

회로에서의 정의로는 '전기 또는 전자 증폭기는 외부 전원을 사용해 입력과 비교해 큰 출력 신호를 생성하는 회로'이다.

음악소리를 증폭시킬때 쓰는 앰프 역시 이 Amplifier이다.

Vout=A*Vin

식은 위와 같이 간단하다.

A는 전류 증폭기의 이득을 뜻한다.

 

증폭기의 종류는 다음과 같다.

 

연산 증폭기(Operational Amplifier)

연산 증폭기라는 이름보다는 op-amp(오피엠프)라는 이름으로 자주 부른다.

이는 매우 큰 입력 임피던스, 매우 작은 출력 임피던스, 매우 큰 회로이득, 큰 대역폭 및 저 노이즈를 가진 증폭기이다.

이상적인 연산 증폭기의 경우 큰이 무한대, 작은이 제로로 변환된다.[무한대의 입력 임피던스/회로이득/대역폭, 제로 출력 임피던스/노이즈]

연산 증폭기는 이름처럼 연산하는데에 사용되며 매우 다양한 용도로 사용된다.

[비교기, 증폭기, 로그암페어, 필터, 발진기, 데이터 변환기]

고성능이지만 저렴하기에 실용적이라는 특성 또한 가지고 있다.

입력 신호의 극성에 따라 반전 증폭기와 비반전 증폭기로 나뉘기도 한다.

반전 증폭기

비반전 증폭기

위의 회로에서의 이득 Vout/Vin은 반전[R2/R1] 비반전[1+(R2/R1)]이다.

비반전 증폭기의 경우 입력 신호와 위상이 일치하는 출력 신호를 생성하는 반면 반전 증폭기는 출력의 위상이 서로 다르다.

차동 증폭기(Differential Amplifier)

차동 증폭기는 두 입력 사이의 차이만큼을 증폭하는 회로이다.

2개의 입력이 있다는 것이 특징이며, op-amp의 일종이다.

Vout=A*[(Vin+)-(Vin-)]

식은 위와 같다. 여기서도 마찬가지로 A는 증폭기의 이득을 뜻한다.

 

차동 증폭기는 외부 노이즈로 인해 저진폭 전기 신호가 손상될 수 있는 환경에 적합하다.

싱글 증폭기의 경우 불필요한 노이즈 신호까지 증폭하지만 차동 증폭기는 그렇지 않다.

원치 않는 전기적 노이즈가 증폭기의 두 입력 단자에 균일하게 결합되어 원하는 신호만 증폭할 수 있다.

이 장점으로 인해 차동증폭기는 대체로 저진폭 전기신호를 감지하는데 사용되는 아날로그 프론트 엔드(analog front-end,AFE)에서 사용된다.

 

계측 증폭기(instrument amplifier)

계측용 증폭기

계측용 증폭기는 2개 이상의 저항값을 변경하지 않고 증폭회로의 이득을 조정할 수 있는 증폭기이다.

위의 회로에서의 R(저항)의 값은 동일하며, Rgain 부분에 의해 증폭률이 결정된다.

입력 저항이 높기에 증폭기의 성능 자체가 높고, 동상 제거 비가 높다. 같은 환경에서의 noise를 제거해주어 출력 값의 왜곡을 기본적으로 줄여준다.
위의 회로식을 기반으로한 계측 증폭기의 전류이득은 다음과 같다.

[Av=(1+2R/Rgain)]

차동증폭기를 구축하는 번거로운 방법처럼 보일 수 있으나 V1, V2의 입력에 대해 매우 높은 입력 임피던스와 단일 저항으로 이득을 조절할 수 있다는 장점이 있다.