시간 영역에서의 증폭기 동작을 알아보자

이 글은 MOS amp 또는 BJT amp 를 들어가기 앞서 증폭기에 대해 이해하는 글이 된다.
간단하게 읽고 넘어가면 좋을 듯 하다.
 

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전압 종속 전류원을 가지는 3단자 능동 소자

(3-Terminal Active Device with voltage dependent current source)

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아래 그림 1과 같이 전압 종속 전류원을 가지는 3단자 능동 소자를 보도록 하자
 

그림 1.종속 전류원을 가지는 3단자 능동 소자

 
I_tot는 3단자에 흐르는 총 전류는 전체 전류를 흘릴 수 있으며 그림 1에서의 I는 아래와 같다. 
 

식 1

 
(맨 왼쪽 단자에 임피던스 성분은 무한대라 가정) I=I_tot이며 여기서 K는 트랜스컨덕턴스, 즉 저항의 역수를 가지고 V1은 어떤 두 단자에 어떤 전압 성분(V1)만큼 인가 되었음을 의미한다.

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트랜스컨덕턴스에 대한 내용은 아래 링크에 자세히 다루어져있다.

 
2021.10.09 - [회로 관련 전공/Basic] - 트랜스컨덕턴스(gm)의 의미

트랜스컨덕턴스(gm)의 의미

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그리고 그림 1의 구조가 어떤 부하저항과 연결 되어 있을 때 3단자 능동소자와 부하저항의 연결은 아래 그림 2와 같다.
 

그림 2. 저항이 더해졌다.

 
그림 2에서 Vsupply 는 전압원이 연결된 것이다. Vsupply부터 0V까지 KVL을 적용시켜보면 
 

식 2

 
식 2를 Vout에 적용 시켜보면 아래와 같다.
 

식 3

 
식 3을 통해 공급 전압에서 전압 강하만큼 빼준 양은 출력 전압을 의미하고 식 3에 식 1을 대입 시키면
 

식 4

 

식 4에서의 V1은 3단자 능동 소자를 동작하기 위해 필요한 전압이라고 가정하자

 

이제 시간에 따라 V1이 변하는 경우를 고려해보자

 
아래 그림 3과 같이 V1=Vin 이고, 어떤 정현 신호가 들어가는 경우를 보도록 하자. Vp는 peak voltage이다.
 

그림 3. V1=Vin인 경우

1) t=t0, V1= V1 일때

 
이는 식 4와 동일하다.
 

식 4

 

2) t=t1, V1= +Vp 일때 (양의 Peak 전압)

 
V1=+Vp 인 경우 식 6은 아래와 같다. 
 

식 6

3) t=t1, V1= -Vp 일때 (음의 Peak 전압)

V1=-Vp 인 경우 식 7는 아래와 같다. 
 

식 7

 
 
입력 신호 2 주기에 대해 표현하면 아래와 같다.
 

그림 4. 시간에 따라 변화하는 출력 전압의 양

 

그리고 그림 2 부터 4까지 종합해서 정리해서 표현하면 아래 그림 5와 같다.
 

그림 5. 간단한 증폭기

 

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2022.01.13 - [전공(Major)/전자회로 1 과정] - 전자회로 1 커리큘럼

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