피드백 증폭회로의 전기적 특성과 토폴로지

본 내용은 " 피드백 증폭회로의 전기적 특성과 토폴로지 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.06.21

문서 내 토픽

• 1. 부귀환(Negative Feedback)의 특성

  부귀환은 출력의 일부를 입력으로 피드백하여 회로 특성을 개선하는 기법입니다. 부귀환을 적용하면 증폭도는 감소하지만 주파수 특성이 개선되고, 파형 왜곡과 잡음이 감소하며 안정한 동작이 가능합니다. 주요 장점으로는 이득 민감도 감소, 비선형 왜곡 감소, 신호 대 잡음비 증가, 임피던스 제어, 대역폭 연장 등이 있습니다. 단점으로는 전체 이득 감소와 고주파에서의 불안정성이 있습니다.

• 2. 전압-전압 피드백(Voltage-Voltage Feedback)

  전압 신호를 입력으로 받아 전압 신호를 출력하는 토폴로지입니다. 피드백 네트워크는 출력 전압을 감지하여 입력단으로 전압을 반환합니다. 전압 감지 시 병렬 연결, 반환 시 직렬 연결을 사용합니다. 이상적으로 피드백 네트워크의 입력 임피던스는 무한대, 출력 임피던스는 0이어야 합니다.

• 3. 전류-전압 피드백(Current-Voltage Feedback)

  피드백 네트워크가 전류를 감지하고 전압을 반환하는 토폴로지입니다. 피드백 네트워크의 입력단은 포워드 증폭기의 출력단과 직렬 연결되고, 출력단은 입력단과 직렬 연결됩니다. 이상적인 경우 피드백 네트워크의 입출력 임피던스는 모두 0이어야 합니다.

• 4. 전압-전류 및 전류-전류 피드백

  전압-전류 피드백은 출력 전압을 감지하여 입력 전류를 반환하며, 피드백 네트워크의 입력 임피던스는 무한대, 출력 임피던스는 무한대여야 합니다. 전류-전류 피드백은 출력 전류를 감지하여 입력 전류를 반환하며, 입력 임피던스는 0, 출력 임피던스는 무한대여야 합니다.

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• 1. 부귀환(Negative Feedback)의 특성

  부귀환은 전자회로 설계에서 가장 중요한 개념 중 하나입니다. 출력 신호의 일부를 입력으로 되돌려 보내 원래 신호와 반대 방향으로 작용하게 함으로써 시스템의 안정성을 크게 향상시킵니다. 부귀환의 주요 특성으로는 이득 감소, 대역폭 증가, 비선형 왜곡 감소, 임피던스 특성 개선 등이 있습니다. 특히 증폭기의 이득 변동을 줄이고 주파수 응답을 평탄하게 만들어 회로의 신뢰성을 높입니다. 다만 부귀환을 과도하게 적용하면 발진이 발생할 수 있으므로 위상 여유와 이득 여유를 신중하게 고려해야 합니다. 현대 전자기기에서 부귀환 없이는 고성능 회로 설계가 거의 불가능하다고 볼 수 있습니다.

• 2. 전압-전압 피드백(Voltage-Voltage Feedback)

  전압-전압 피드백은 출력 전압을 감지하여 입력 전압과 비교하는 방식으로, 가장 일반적이고 직관적인 피드백 형태입니다. 이 방식은 출력 임피던스를 감소시키고 입력 임피던스를 증가시키는 특성이 있어 전압 증폭기 설계에 매우 적합합니다. 직렬-병렬 구성으로 알려진 이 피드백 방식은 구현이 간단하고 안정성이 우수하여 오디오 증폭기, 연산증폭기 기반 회로 등에서 광범위하게 사용됩니다. 다만 피드백 네트워크의 임피던스가 높아야 하므로 고주파 특성에서 주의가 필요합니다. 전압-전압 피드백은 전자회로 설계자들이 가장 먼저 배우고 가장 자주 활용하는 기본적이면서도 효과적인 피드백 기법입니다.

• 3. 전류-전압 피드백(Current-Voltage Feedback)

  전류-전압 피드백은 출력 전류를 감지하여 입력 전압과 비교하는 방식으로, 직렬-직렬 구성으로 불립니다. 이 방식은 출력 임피던스를 증가시키고 입력 임피던스를 감소시키는 특성을 가지고 있어 전류 제어가 필요한 응용에 적합합니다. 전류 감지 저항을 통해 출력 전류 정보를 얻고 이를 피드백하는 구조로, 전류 제한, 과부하 보호, 전류 소스 구현 등에 유용합니다. 이 피드백 방식은 전력 증폭기, LED 드라이버, 배터리 충전 회로 등에서 중요한 역할을 합니다. 다만 감지 저항으로 인한 전력 손실과 회로 복잡도 증가를 고려해야 하며, 정확한 전류 감지를 위해 신호 처리 회로가 필요할 수 있습니다.

• 4. 전압-전류 및 전류-전류 피드백

  전압-전류 피드백(병렬-직렬 구성)은 출력 전류를 감지하여 입력 전류와 비교하는 방식으로, 입출력 임피던스를 모두 증가시킵니다. 이는 전류 증폭기 설계에 적합하며 트랜스임피던스 증폭기 구현에 활용됩니다. 전류-전류 피드백(병렬-병렬 구성)은 출력 전류를 감지하여 입력 전류와 비교하는 방식으로, 입출력 임피던스를 모두 감소시킵니다. 이 두 피드백 방식은 전압-전압 피드백보다 덜 일반적이지만 특정 응용에서는 필수적입니다. 특히 고임피던스 신호 처리, 광전자 회로, 센서 인터페이스 등에서 중요한 역할을 합니다. 이들 피드백 방식을 올바르게 선택하고 구현하면 회로의 성능을 크게 향상시킬 수 있으며, 각 방식의 특성을 이해하는 것이 고급 회로 설계의 핵심입니다.