이 글은 일곱번째 진도이며 귀환 토폴로지의 마지막 진도입니다.
앞에서 설명한 이론적인 부분들이 있습니다. 이전 진도를 읽지 않으신 분들은 아래 글을 참고하시길 바랍니다.
이 글은 트랜스컨덕턴스에 대해 설명하고 있습니다. 해당 부분을 읽으시기 바랍니다.
2021.12.28 - [전공(Major)/전자회로와 아날로그 회로설계] - 증폭기의 형태(Types of Amplifier)
증폭기의 형태(Types of Amplifier)
이 글은 증폭기에 대한 형태를 알 수 있고, 회로를 해석하는데에 있어 초심자들에게 유익할 수 있습니다. 그리고 해당 포스팅은 피드백 회로관련 글의 두번째 포스팅입니다. 이전 글 2021.12.24 - [
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이 글은 신호의 감지 및 반송에 대해 언급하고 있습니다.
2021.12.30 - [전공(Major)/전자회로와 아날로그 회로설계] - 피드백 회로 신호의 감지와 반송 그리고 피드백의 극성
피드백 회로 신호의 감지와 반송 그리고 피드백의 극성
이 글은 세번째 진도입니다. 이전글 2021.12.24 - [전공(Major)/전자회로와 아날로그 회로설계] - 귀환 시스템(Feedback System, 피드백 시스템)과 루프 이득(Loop Gain)에 대해 알아보자 귀환 시스템(Feedback Sy.
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이번 내용은 설계에서 자주 쓰이지 않는다. 그래서 내용들이 다소 간소함을 느낄 수 있음
전류-전류 귀환(Current-Current Feedback)
전류-전류 피드백은 전류 증폭기의 출력 전류를 "감지"하여 전류를 "반송"하여 다시 전류 증폭기의 입력으로 가는 방식이다.
피드백 네트워크는 이상적으로 전류를 "감지"하기 위해 0의 입력 임피던스, 출력은 전류원으로 동작하기 위해 무한대의 출력임피던스를 가진다.
사실 전류 전류 피드백 챕터에서는 다양한 이름들이 쓰이고 있다.
병-직렬 피드백 증폭기, 병-직렬 귀환 증폭기, 병-직렬 궤환 증폭기, 병-직렬 귀환, 병-직렬 궤환, 병-직렬 피드백, 전압-전류 귀환, 전압-전류 궤환, 전압-전류 피드백, 전압-전류 귀환 증폭기, 전압-전류 궤환 증폭기 등등등.... 하 복잡해
그림 1을 통해 전류 전류 피드백 시스템을 알아보자
그림 1을 통해 순방향 증폭기는 에러 전류를 입력받아 출력 전류를 만들고 피드백 네크워크는 순방향 증폭기(A_I)의 출력 전류를 감지, 전류를 반송함을 다시 한번 상기시킬 수 있다.
순방향 시스템의 출력은 아래와 같다.
피드백 네트워크의 반송 전류는 아래와 같다.
식 2를 1에 대입하여 전류증폭기의 폐루프 이득은 아래와 같다.
입력 임피던스(Input Impedance)
사실 다섯번째 진도에서 우리는 해당 문제에 대한 답을 구했다. 그림 2 와 같이 유한한 입출력 임피던스를 가지는 순방향 시스템이라고 가정하고 풀어보자
KCL을 그림 2에 나와있는 노드에 적용
식 4를 정리하여 풀면 아래와 같다.
입력 임피던스는 순방향 증폭기가 전류를 감지하기 위해서는 입력 임피던스는 낮아야 하며 피드백 네트워크를 추가함으로써 (1+KAI)배 만큼 낮춰줌을 알 수 있다.
출력 임피던스
출력 임피던스는 트랜스컨덕턴스 피드백에서 다루었고 동일한 증명과정을 거친다.
(해당 교재 사진상으로는 순방향 시스템이 Gm이던데 이건 잘못 표기한게 싶은듯 싶어 수정했습니다. 해당 표기가 맞다면 덧글로 틀렸다고 알려주세요)
KCL을 통해 아래와 같이 식이 나온다
식 6을 정리하면 폐루프 출력 임피던스를 알 수 있다.
전류-전류 귀환 실제회로의 예
부귀환일까? 정귀환일까?
늘 했던 것처럼 Iin을 증가시켜보자.
Iin 증가 -> Mn 소스 전압 증가 -> Vx 증가 -> Mp 드레인 전류 감소 -> Vp 감소 -> I_F 증가 로 이어짐을 알 수 있다.
(I_F 를 구하는 식은 아래와 같다)
에러 전류는 입력 전류와 피드백 전류의 차이임으로 입력 전류가 증가하면 피드백 전류도 증가함으로써 신호의 증가를 방해함을 알 수 있다.
따라서 이는 부귀환임을 알 수 있다.
개방루프 이득(Open-Loop Gain)을 알아보자
개방루프 이득을 구하기 위한 회로는 아래와 같다.
피드백 네트워크를 없애고, 소신호 해석을 해보면 노드 x에서의 전압은 아래와 같다.
노드 x의 전압은 PMOS 게이트로 들어감을 알 수 있다 따라서 PMOS의 드레인전류(출력 전류)는 다음과 같다.
식 10을 정리해서 전류 이득 식으로 고치게 되면 아래와 같이 정리된다.
폐루프 이득(Closed-Loop Gain), 입출력 임피던스를 알아보자
다섯번째 진도에서 해당 근사를 배웠다. 고로 자세한 설명없이 넘어가겠다.
반송 전류는 피드백 저항이 NMOS의 1/gm보다 큼으로 -Vp/RF 로 근사 가능하다.
K는 아래와 같다.
나머지 값들도 계산하면 아래와 같다.
전자회로 2 과정을 학습하셨습니다.
아래 링크를 통해 다음 진도와 전자회로 2의 모든 내용을 확인하실 수 있습니다.
2022.01.12 - [전공(Major)/전자회로 2 과정] - 전자회로 2 커리큘럼
전자회로 2 커리큘럼
전자회로 2 커리큘럼입니다. 전자회로 2에 대한 간략한 설명은 아래와 같습니다. 전자회로 1에서 배웠던 능동소자(Diode, BJT, MOSFET)에 대해 학습했으며 그에 대한 다이오드 회로 및 단일 증폭기인
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