이 글은 피드백 회로의 여덟번째 진도입니다.
해당 내용은 모든 피드백 토폴로지들을 이해했다는 가정하에 읽는 것을 추천드립니다.
(1 ~ 7 번째 진도들을 읽고 이해하거나 다른 창(window)에 띄워서 읽으세요)
이전 진도들은 맨 아래에 있는 전자회로 2 과정 링크를 통해 들어가시는 것을 추천드립니다.
자세한 내용에 대해서는 상급 교재에서 증명과정을 언급하고 있지만 학부 레벨에서는 생략된 부분이 많다.
이상적인 입출력 임피던스가 피드백 형태에 다라 전압이나 전류가 감지하냐, 반송하냐에 따라 임피던스가 매우 작거나 크다고 가정함을 알 수 있었다.
유한한(비이상적인) 입출력 임피던스는 회로의 성능을 변화시키는 것을 알아야 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 순방향 증폭기를 부하(Load)의 효과(Effect)를 알아야 하며 부하 효과(Loading Effect)를 고려한 해석기법을 알아보도록 한다.
입 출력 효과의 포함
순방향 증폭기의 입출력 임피던스나 피드백 네트워크가 이상적인 값과 다르더랃 해석이 가능하다
(상급 교재에서 자세히 적혀있음)
방법은 6가지로 진행이 된다.
1. 순방향 증폭기를 확인한다.
이전 진도에서 순방향 증폭기를 확인했었다(능동 전류거울, 다단 증폭기 등등)
2. 피드백 네트워크(귀환 회로망)을 확인한다.
저항분배기와 같은 피드백 네크워크를 확인했음을 인지하라.
3. 귀환 회로망을 끊는다.
전체 피드백 시스템의 입력과 출력에 피드백 네트워크를 복사(Duplicate)한다. 이전 진도인 네번째 ~ 일곱번째 진도에서 다루었던 예제를 풀면서 확인해보면서 자세한 방법을 알아가도록 한다.
4. 오픈 루프(open-loop, 개루프) 변수를 계산
순방향 증폭기에서 얻어지는 이득인 오픈 루프 이득에서 부하 효과를 고려한 값
5. 귀환율(K)를 결정
피드백의 형태에 따라 피드백 네크워크의 출력포트가 단락 또는 개방되고 두 에너지의 비율로 정의된다.
전압의 출력인 경우 개방(open), 전류의 출력인 경우 단락(short)된다.
6. 폐루프(Closed-Loop) 변수를 계산
폐루프 이득, 입출력 임피던스가 해당된다.
전압-전압 피드백
(네번째 진도)
2021.12.31 - [전공(Major)/전자회로와 아날로그 회로설계] - 전압-전압 피드백 증폭기(or 귀환, 궤환), 직-병렬 피드백 증폭기의 임피던스를 알아보자
전압-전압 피드백 증폭기(or 귀환, 궤환), 직-병렬 피드백 증폭기의 임피던스를 알아보자
이 글은 네번째 진도 입니다. (이해가 어려운 분들은 이전의 진도에서 확인 바랍니다.) 2021.12.24 - [전공(Major)/전자회로와 아날로그 회로설계] - 귀환 시스템(Feedback System, 피드백 시스템)과 루프 이
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아래 그림에서 피드백 네트워크의 입력 임피던스(R1, R2) 순방향 증폭기의 출력 저항보다 충분히 크지 않을 때 네번재 진도에서 주어진 회로를 해석해보자
1. 순방향 증폭기를 확인한다.
그림 1로부터 순방향 증폭기는 R1, R2를 제외한 나머지임을 알 수 있다.
2. 피드백 네트워크(귀환 회로망)을 확인한다.
피드백 네트워크는 R1,R2 임을 알 수 있다
3. 귀환 회로망을 끊는다.
그림 2 좌측에서 "감지 복제"의 출력은 개방을 하고, "반송 복제"를 단락하게 된다. 그림 2 우측에 있는 전압-전압 피드백 증폭기 실현을 한 회로의 예를 보게되면 순방향 증폭기의 출력과 피드백 네트워크에서 연결된 전압 분배기는 개방, 반송 복제에 해당되는 MOSFET와 전압 분배기는 단락으로 구성이 됨을 알 수 있다.
4. 오픈 루프(open-loop, 개루프) 변수를 계산
개루프 이득, 순방향 증폭기의 입출력 임피던스는 아래와 같다.
이전 진도에서 다룬 내용의 차이점은 피드백 네트워크의 임피던스가 충분히 크지 않아 전체적인 성능에 영향을 줌을 알 수 있다.
5. 귀환율(K)를 결정
그림 3과 같이 전압-전압 피드백은 출력 단자가 개방이 되며 V2에 대한 전압은 식 3과 같다.
6. 폐루프(Closed-Loop) 변수를 계산
충분히 높지 않은 피드백 네트워크의 임피던스를 고려한 폐루프 이득, 입출력 임피던스는 아래와 같다.
R1, R2가 충분히 높지 못하면 이득의 감소가 이루어질 것이고, 이는 입출력 임피던스에 영향이 끼침을 인지하여야 한다.
입력 임피던스는 낮은 주파수에서 회로가 무한대의 임피던스를 가지지만 주파수가 올라갈수록 영향이 더 끼침을 인지하라
전압-전류 피드백
(다섯번째 진도)
2022.01.04 - [전공(Major)/전자회로와 아날로그 회로설계] - 전압-전류 피드백 증폭기(or 귀환, 궤환 증폭기), 병-병렬 피드백 증폭기의 임피던스를 알아보자
전압-전류 피드백 증폭기(or 귀환, 궤환 증폭기), 병-병렬 피드백 증폭기의 임피던스를 알아보자
이 글은 다섯번째 진도입니다. 증폭기와 감지와 반송 부분의 개념을 익히지 않으셨다면 아래 링크에 있는 두번째, 세번째 진도를 읽어주시기 바랍니다. 2021.12.28 - [전공(Major)/전자회로와 아날로
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1. 순방향 증폭기를 확인한다.
피드백 저항(RF)를 제외한 나머지는 순방향 증폭기임을 알 수 있다.
2. 피드백 네트워크(귀환 회로망)을 확인한다.
피드백 네트워크는 피드백 저항(RF)이다.
3. 귀환 회로망을 끊는다.
전압-전류 피드백은 그림 5와 같이 K를 감지 복제와 반송 복제를 단락시킴을 알 수 있다.
피드백 저항이 낮을 때 어떤 영향이 끼치는지 오픈 루프 변수를 통해 알아보자
4. 오픈 루프(open-loop, 개루프) 변수를 계산
먼저 첫번째 Stage의 Vo1의 전압을 알아보도록 하자 Source Degen. CS 와 동일한 계산법이 적용되지만 RF와 Iin을 전원 변환 시켜서 계산해주면 아래와 같다.
두번째 Stage의 출력은 Vo1의 입력을 받아 나오기 때문에 CS의 출력과 비슷하게 나옴을 알 수 있다.
따라서 트랜스임피던스는 아래와 같이 계산된다.
RF가 매우 크지 못한 경우 식 8과 같이 트랜스임피던스는 다섯번째 진도에서 알았던 결과에 비해 감소함을 알 수 있다.
입출력 임피던스에서 입력 임피던스는 1/(gm1)과 RF의 병렬 연결, 출력 임피던스는 RD2와 RF의 병렬 연결임을 알 수 있다.
5. 귀환율(K)를 결정
그림 6과 같이 반송 복제 되는 양이 전류이면 출력 단자는 단락이 됨을 유의하고 KVL을 적용해 계산하면 K는 음의 값을 가진다.
6. 폐루프(Closed-Loop) 변수를 계산
폐루프 이득 및 입출력 임피던스는 다음과 같다.
식 9 - 11 에서 R은 식 8이다.
전류-전압 피드백
(여섯번째 진도)
2022.01.12 - [전공(Major)/전자회로와 아날로그 회로설계] - 전류-전압 피드백 증폭기(or 귀환, 궤환 증폭기), 직-직렬 피드백 증폭기의 임피던스를 알아보자
전류-전압 피드백 증폭기(or 귀환, 궤환 증폭기), 직-직렬 피드백 증폭기의 임피던스를 알아보자
이 글은 여섯번째 진도입니다. 앞에서 설명한 이론적인 부분들이 있습니다. 이전 진도를 읽지 않으신 분들은 아래 글을 참고하시길 바랍니다. 이 글은 트랜스컨덕턴스에 대해 설명하고 있습니
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1. 순방향 증폭기를 확인한다.
피드백 저항(RF)를 제외한 나머지는 순방향 증폭기임을 알 수 있고 전류가 잘 정의된 다이오드는 RL로 소신호로 모델링 할 수 있다.
2. 피드백 네트워크(귀환 회로망)을 확인한다.
피드백 네트워크는 피드백 저항(RF)이다.
3. 귀환 회로망을 끊는다.
귀환 회로망을 끊기에 앞서 우리는 PMOS와 ro를 분리 시킬 수 있음을 알아야 하는데 이는 캐스코드 전류원에서 다루었다.
간략하게 설명하면 아래와 같다.
그림 8과 같이 PMOS의 ro는 드레인-소스에 연결되어 있음을 MOS 물리에서 알았다. 소신호 해석을 할 때 DC는 AC 접지(AC Ground)임을 알 수 있고 이는 따로 분리 시킬수 있다는 것을 유의해야 한다.
이는 그림 7의 Mp1에 적용할 수 있다.
전류-전압 피드백은 그림 5와 같이 K를 감지 복제와 반송 복제를 개방시킴을 알 수 있다.
피드백 저항이 어떤 영향이 끼치는지 오픈 루프 변수를 통해 알아보자
4. 오픈 루프(open-loop, 개루프) 변수를 계산
vx의 전압은 이전 진도와 동일하게 같다.
출력 전류는 그림 8, 9를 고려해서 ro로 인해 pmos의 소신호 전류가 두 개의 브랜치(가지, branch)로 나눠짐을 알 수 있고 이는 전류분배 식을 적용시켜 보면 아래와 같다.
식 13에 식 12를 대입하여 트랜스컨덕턴스를 얻을 수 있다.
이전 여섯번째 진도와 비교할 때 분모의 항이 더 추가됨으로써 트랜스컨덕턴스의 값을 낮춤을 알 수 있다.
입력 임피던스는 낮은 주파수에서 무한대 값을 가지며 출력 임피던스는 RL 대신에 테스트 전압으로 대체하여 신호를 흘리면 RF와 ro는 직렬 연결이 됨을 알 수 있다
따라서 출력 임피던스는 피드백 저항과 ro의 직렬 연결임을 알 수 있다.
5. 귀환율(K)를 결정
식 15를 통해 귀환율(K)을 알 수 있다.
6. 폐루프(Closed-Loop) 변수를 계산
폐루프 이득 및 입출력 임피던스는 다음과 같다.
전류-전류 피드백
(일곱번째 진도)
2022.01.14 - [전공(Major)/전자회로와 아날로그 회로설계] - 전류-전류 피드백 증폭기(or 귀환, 궤환 증폭기), 병-직렬 피드백 증폭기의 임피던스를 알아보자
전류-전류 피드백 증폭기(or 귀환, 궤환 증폭기), 병-직렬 피드백 증폭기의 임피던스를 알아보자
이 글은 일곱번째 진도이며 귀환 토폴로지의 마지막 진도입니다. 앞에서 설명한 이론적인 부분들이 있습니다. 이전 진도를 읽지 않으신 분들은 아래 글을 참고하시길 바랍니다. 이 글은 트랜스
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1. 순방향 증폭기를 확인한다.
피드백 저항(RF)과 전류 감지를 위한 저항(Rm)을 제외한 나머지는 순방향 증폭기임을 알 수 있고 전류가 잘 정의된 다이오드는 RL로 소신호로 모델링 할 수 있다.
2. 피드백 네트워크(귀환 회로망)을 확인한다.
피드백 네트워크는 피드백 저항(RF)과 전류 감지를 위한 저항(Rm)이다.
3. 귀환 회로망을 끊는다.
그림 12와 같이 개방, 단락한다.
4. 오픈 루프(open-loop, 개루프) 변수를 계산
첫번째 단의 출력 전압은 전압-전류와 동일한 계산 방법으로 진행한다.
전류-전압 피드백과 동일한 방법(전류 분배)으로 전류 이득을 구하면 아래와 같다
5. 귀환율(K)를 결정
식 21 를 통해 귀환율(K)을 알 수 있다.
6. 폐루프(Closed-Loop) 변수를 계산
폐루프 이득 및 입출력 임피던스는 다음과 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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