1. 차동 증폭기
ㅇ 두 입력 신호의 차에 비례하여 증폭하는 회로
- 두 입력 전압의 차이의 함수로써 출력하는 증폭기
2. 차동 증폭기의 용도
ㅇ 다음과 같이, 거의 모든 연산증폭기의 입력단에 사용
ㅇ 또한,
- 공통모드신호 잡음 제거를 위한 회로
- 이미터 결합 논리회로(ECL)라는 고속 논리회로
- 비교기 IC의 입력단 등에도 사용
3. 차동증폭기의 특징
ㅇ 잡음,간섭 등 영향에 강함
- 단일 증폭기(one amplifier)에 비해 잡음,간섭 등에 의한 영향이 작음
ㅇ 결합커패시터 및 바이패스커패시터가 필요 없음
- 따라서, 다단 증폭기에서 각 단을 용이하게 직접 결합 가능
ㅇ 집적회로에서 제작이 보다 용이하여 널리 쓰임
- 집적회로 제작 방식은, 똑같은 특성의 두 소자를 함께 배치 제작하기가 쉬움
- 또한, 작은 면적에 엄청 많은 소자 집적이 용이
ㅇ 차동증폭기 많이 사용하는, 동작 상의 이유
- 잡음,간섭에 덜 민감 (2개의 선 간에 효과 상쇄)
- 칩 면적 증대를 초래하는 용량이 큰 바이패스 커패시터,결합 커패시터 사용 안함
ㅇ 차동증폭기 능력 척도 ☞ 공통모드제거비(CMRR) 참조
- 차동모드 전압이득(Avd)과 공통모드 전압이득(Acm)의 비율로,
- 이 값이 높을수록 잡음 억제 능력이 뛰어남
4. 차동증폭기의 2가지 입력 모드
ㅇ 차동 입력 모드 (differential mode, 차동 모드)
- 두 입력 차이에 따라, 출력(크기 및 극성)이 결정됨
ㅇ 동상 입력 모드 (common mode, 공통 모드)
- 두 입력 단자에 불필요한 2개의 동일 신호(주파수,진폭,위상)를 인가되면,
. 이 모드에서의 출력은 중첩 및 서로 상쇄됨으로써 이상적으로 `0`이됨
. 이 동작을 공통모드 제거(Common-Mode Rejection) 이라고 함
. 따라서, 원하지 않는 신호는 제거하고, 원하는 신호는 왜곡되지 않게함
- 공통모드 형태는 일반적으로 인접 도선, 전력선 등에서 유입되는 잡음임
5. 차동증폭기의 해석 방법
ㅇ 2가지 입력 모드(공통모드,차동모드)에 의한 중첩 해석
- (해석 절차)
. 입력을 차동모드 성분과 공통모드 성분으로 모드별 분해
. 각 모드별로 회로 해석 수행
. 각 출력 응답을 선형적으로 (중첩) 합산
- (모드별 해석)
. 차동모드 해석 : 두 입력 단자에 동일한 크기, 반대의 극성을 갖는 신호가 인가되는 모드
.. Vin+ = + Vd/2, Vin- = - Vd/2
. 공통모드 해석 : 두 입력 단자에 동일한 신호가 동시에 인가되는 모드
.. Vin+ = Vin- = Vcm
6. 차동증폭기의 구성 블록
ㅇ 차동쌍 (Q1,Q2)
- 동일 특성을 가진 트랜지스터 둘(2)
ㅇ 정전류원
- 차동쌍의 소스(또는 이미터) 쪽에 연결되어, 항상 일정한 전류를 공급
ㅇ 능동부하
- 큰 출력 저항(부하 저항), 높은 전압이득을 얻기 위함
7. 차동증폭기의 구현 例 (BJT 회로의 경우)
ㅇ 이미터가 결합된 2개의 공통 이미터 증폭기로 구성 가능
ㅇ 구현 상의 특징
- ① 2개의 입력을 받아서, 1 또는 2개 출력을 냄
. 1개 (vout=vo1-vo2) 또는 2개 (vo1,vo2)의 출력을 발생시킴
. 이때, 출력 vout은, 입력의 차이(vi1-vi2)에 비례
- ② 동일 특성의 Tr
. npn 트랜지스터 Q1,Q2는 동일 특성을 갖음
- ③ 2극(Bipolar) 공급 전압
. 양 (+VCC)과 음 (-VEE) 2개의 전원 공급
- ④ 1단 처럼 취급됨
. 두 개의 입력과 두 개의 컬렉터 전압이 있지만, 마치 한 단(stage) 처럼 취급
ㅇ (직류 바이어스 해석)
