의견

증폭기의 출력 신호의 일부가 입력에 연결되어 증폭기가 출력 신호의 일부를 증폭하는 경우 피드백이라고 하는 것이 있습니다. .

피드백 카테고리

피드백은 두 가지 유형으로 제공됩니다. 긍정적 (이라고도 함) 재생 ) , 및 음수 (이라고도 함) 퇴행성 ) .

긍정적인 피드백

증폭기의 출력 전압 변화 방향을 강화하는 반면, 네거티브 피드백은 그 반대입니다.

피드백의 친숙한 예는 누군가 마이크를 스피커에 너무 가까이 대고 있는 전관 방송("PA") 시스템에서 발생합니다. 소음. 특히 이것은 긍정적인 또는 재생 마이크에 의해 감지된 모든 소리는 증폭되어 스피커에 의해 더 큰 소리로 바뀌고, 그런 다음 마이크에 의해 다시 감지되는 방식입니다. . . 그 결과 시스템이 "포화"되어 더 이상 볼륨을 생성할 수 없을 때까지 볼륨이 꾸준히 증가하는 소음이 발생합니다.

PA 시스템 "하울"과 같은 성가신 예를 고려할 때 피드백이 증폭기 회로에 어떤 이점이 있는지 궁금해 할 수 있습니다. 증폭기 회로에 포지티브 또는 재생 피드백을 도입하면 발진을 생성하고 유지하는 경향이 있으며, 주파수는 출력에서 ​​입력까지 피드백 신호를 처리하는 구성 요소의 값에 의해 결정됩니다. 이것은 발진기 를 만드는 한 가지 방법입니다. DC 전원 공급 장치에서 AC를 생성하는 회로. 오실레이터는 매우 유용한 회로이므로 피드백은 우리에게 명확하고 실용적인 응용 프로그램입니다.

부정적인 피드백

반면에 네거티브 피드백은 증폭기에 "감쇠" 효과가 있습니다. 출력 신호의 크기가 증가하면 피드백 신호는 증폭기의 입력에 영향을 감소시켜 출력 신호의 변화에 ​​반대합니다. 포지티브 피드백은 증폭기 회로를 불안정한 지점(진동)으로 유도하는 반면, 네거티브 피드백은 반대 방향인 안정성 지점으로 이동합니다.

어느 정도의 네거티브 피드백이 장착된 증폭기 회로는 더 안정적일 뿐만 아니라 입력 파형을 덜 왜곡하고 일반적으로 더 넓은 범위의 주파수를 증폭할 수 있습니다. 이러한 이점에 대한 절충안(단지 가지고 네거티브 피드백의 단점이겠죠?) 게인이 감소합니다. 증폭기의 출력 신호의 일부가 출력의 변화를 막기 위해 입력으로 "피드백"되는 경우 증폭기의 출력을 이전과 동일한 진폭으로 구동하려면 더 큰 입력 신호 진폭이 필요합니다. 이것은 감소된 이득을 구성합니다. 그러나 안정성, 더 낮은 왜곡 및 더 큰 대역폭의 이점은 많은 애플리케이션에서 감소된 이득에서 절충할 가치가 있습니다.

간단한 증폭기 회로를 살펴보고 아래 그림에서 시작하여 어떻게 네거티브 피드백을 도입할 수 있는지 봅시다.

피드백이 없는 공통 이미 터 증폭기.

여기에 표시된 증폭기 구성은 R1 및 R2로 형성된 저항 바이어스 네트워크가 있는 공통 이미 터입니다. 커패시터는 Vinput을 증폭기에 연결하여 신호 소스가 R1/R2 분배기 네트워크에 의해 DC 전압에 부과되지 않도록 합니다. 저항 R3은 전압 이득을 제어하는 ​​역할을 합니다. 최대 전압 이득을 위해 생략할 수 있지만 이와 같은 기본 저항은 공통 이미 터 증폭기 회로에서 일반적이므로 이 회로도에서 유지합니다.

모든 공통 이미 터 증폭기와 마찬가지로 이것은 역전합니다. 증폭된 입력 신호. 즉, 양의 입력 전압은 출력 전압을 감소시키거나 음으로 이동하거나 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

오실로스코프 파형은 아래 그림과 같습니다.

비교를 위한 기준 파형이 있는 공통 이미 터 증폭기, 피드백 없음.

출력은 입력 신호의 반전 또는 미러 이미지 재생이므로 아래 그림에서 출력(컬렉터) 와이어와 트랜지스터의 입력(베이스) 와이어 사이의 모든 연결은 음수가 됩니다.> 피드백.

네거티브 피드백, 컬렉터 피드백은 출력 신호를 감소시킵니다.

R1, R2, R3 및 Rfeedback의 저항은 함께 신호 혼합 네트워크로 기능하므로 트랜지스터의 베이스(접지 기준)에서 볼 수 있는 전압은 입력 전압과 피드백 전압의 가중 평균이 됩니다. 트랜지스터로 들어가는 감소된 진폭의 신호에서. 따라서 위 그림의 증폭기 회로는 전압 이득이 감소하지만 선형성이 향상되고(왜곡 감소) 대역폭이 증가합니다.

그러나 컬렉터를 베이스에 연결하는 저항은 이 증폭기 회로에 네거티브 피드백을 도입하는 유일한 방법은 아닙니다. 또 다른 방법은 처음에는 이해하기 어렵지만 아래 그림에서 트랜지스터의 에미터 단자와 회로 접지 사이에 저항을 배치하는 것입니다.

이미터 피드백:회로에 네거티브 피드백을 도입하는 다른 방법입니다.

이 새로운 피드백 저항은 트랜지스터를 통과하는 에미터 전류에 비례하여 전압을 떨어뜨리고 트랜지스터의 베이스 에미터 접합에 대한 입력 신호 영향에 반대하는 방식으로 그렇게 합니다. 에미터-베이스 접합을 자세히 살펴보고 이 새로운 저항이 아래 그림에서 어떤 차이를 만드는지 살펴보겠습니다.

아래 그림(a)에서 이미 터를 접지에 연결하는 피드백 저항이 없으면 커플링 커패시터와 R1/R2/R3 저항 네트워크를 통해 입력 신호(Vinput)의 레벨에 관계없이 베이스-이미터 접합을 가로질러 직접적으로 영향을 받습니다. 트랜지스터의 입력 전압(VB-E). 즉, 피드백 저항이 없으면 VB-E는 Vinput과 같습니다. 따라서 Vinput이 100mV 증가하면 VB-E도 100mV 증가합니다. 두 전압이 서로 같기 때문에 하나의 변화는 다른 하나의 변화와 같습니다.

이제 아래 그림(b)에서 트랜지스터의 에미터 리드와 접지 사이에 저항(Rfeedback)을 삽입하는 효과를 살펴보겠습니다.

(a) 피드백 없음 대 (b) 이미터 피드백. 컬렉터의 파형은 베이스에 대해 반전됩니다. (b)에서 에미터 파형은 베이스와 동위상(이미터 팔로워)이고 컬렉터와 위상이 다릅니다. 따라서 이미 터 신호는 콜렉터 출력 신호에서 뺍니다.

Rfeedback에서 떨어지는 전압이 Vinput과 동일하도록 VB-E와 함께 어떻게 추가되는지 주목하십시오. Vinput-VB-E 루프에서 Rfeedback을 사용하면 VB-E는 더 이상 Vinput과 동일하지 않습니다. 우리는 Rfeedback이 에미터 전류에 비례하여 전압을 떨어뜨릴 것이라는 것을 알고 있습니다. 이것은 차례로 베이스 전류에 의해 제어되고, 차례로 트랜지스터(VB-E)의 베이스 에미터 접합에 걸쳐 강하되는 전압에 의해 제어됩니다. 따라서 Vinput이 양의 방향으로 증가하면 VB-E가 증가하여 더 많은 베이스 전류를 발생시키고, 더 많은 컬렉터(부하) 전류를 유발하고, 더 많은 이미터 전류를 유발하고, Rfeedback에서 더 많은 피드백 전압이 떨어집니다. 하지만 피드백 저항기에서 전압 강하가 증가하면 빼기 Vinput에서 VB-E를 줄이기 위해 Vinput의 실제 전압 증가가 Vinput의 전압 증가보다 작도록 합니다. 더 이상 Vinput의 100mV 증가가 VB-E에 대해 완전한 100mV 증가로 이어지지 않습니다. 두 전압이 그렇지 않기 때문입니다. 서로 동일합니다.

결과적으로 입력 전압은 트랜지스터에 대한 제어력이 이전보다 줄어들고 증폭기의 전압 이득이 감소합니다. 이는 우리가 부정적인 피드백에서 기대했던 것과 같습니다.

실제 공통 이미 터 회로에서 네거티브 피드백은 사치품이 아닙니다. 안정적인 운영이 필요합니다. 완벽한 세상에서 우리는 네거티브 피드백이 없는 공통 이미 터 트랜지스터 증폭기를 구축하고 작동할 수 있으며 트랜지스터의 베이스-이미터 접합에 Vinput의 전체 진폭이 영향을 미치게 할 수 있습니다. 이것은 우리에게 큰 전압 이득을 줄 것입니다. 그러나 불행하게도 베이스-이미터 전압과 베이스-이미터 전류 사이의 관계는 "다이오드 방정식"에 의해 예측된 바와 같이 온도에 따라 변합니다. 트랜지스터가 가열됨에 따라 주어진 전류에 대해 베이스-이미터 접합에서 순방향 전압 강하가 줄어듭니다. 이것은 R1/R2 전압 분배기 네트워크가 트랜지스터 베이스를 통해 올바른 대기 전류를 제공하도록 설계되어 우리가 원하는 모든 작동 클래스에서 작동하도록 설계되었기 때문에 문제를 일으킵니다(이 예에서는 클래스 A 모드에서 작동하는 증폭기). 트랜지스터의 전압/전류 관계가 온도에 따라 변경되면 원하는 동작 등급에 필요한 DC 바이어스 전압의 양이 변경됩니다. 핫 트랜지스터는 동일한 양의 바이어스 전압에 대해 더 많은 바이어스 전류를 끌어들여 훨씬 더 가열되어 더 많은 바이어스 전류를 끌어들입니다. 선택하지 않은 경우 결과를 열 폭주라고 합니다. .

그러나 공통 수집기 증폭기(아래 그림)는 열 폭주를 겪지 않습니다. 왜 이런거야? 대답은 부정적인 피드백과 관련이 있습니다.

공통 컬렉터(이미터 팔로워) 증폭기.

공통 컬렉터 증폭기(위 그림)에는 위 그림(b)의 마지막 회로에서 Rfeedback 저항이 있는 것과 동일한 지점에 부하 저항이 배치되어 있습니다. 이미터와 접지 사이. 즉, 트랜지스터의 베이스-이미터 접합에 가해지는 유일한 전압은 차이 입니다. Vinput과 Voutput 사이에 매우 낮은 전압 이득이 발생합니다(일반적으로 공통 수집기 증폭기의 경우 1에 가까움). 이 증폭기에서는 열 폭주가 불가능합니다. 트랜지스터 가열로 인해 기본 전류가 증가하면 이미터 전류도 마찬가지로 증가하여 부하 양단에서 더 많은 전압을 떨어뜨리고 차례로 차감합니다. Vinput에서 베이스와 이미 터 사이에 떨어지는 전압의 양을 줄입니다. 즉, 부하 저항의 배치로 인해 발생하는 네거티브 피드백은 열 폭주 문제를 자체 수정합니다. . 전압 이득을 크게 줄이는 대신 열 폭주로부터 뛰어난 안정성과 내성을 얻습니다.

공통 이미 터 증폭기의 이미 터와 접지 사이에 "피드백"저항을 추가하여 증폭기가 "이상적인"공통 이미 터처럼 동작하지 않고 공통 수집기처럼 동작하도록 만듭니다. 피드백 저항 값은 일반적으로 부하보다 약간 작아서 네거티브 피드백의 양을 최소화하고 전압 이득을 상당히 높게 유지합니다.

공통 컬렉터 회로에서 분명히 볼 수 있는 네거티브 피드백의 또 다른 이점은 증폭기의 전압 이득을 트랜지스터의 특성에 덜 의존하게 만드는 경향이 있다는 것입니다. 공통 컬렉터 증폭기에서 전압 이득은 트랜지스터의 β에 관계없이 거의 1 단위(1)와 같습니다. 이것은 무엇보다도 공통 컬렉터 증폭기의 트랜지스터를 다른 β를 갖는 트랜지스터로 교체할 수 있고 전압 이득의 큰 변화를 볼 수 없다는 것을 의미합니다. 공통 이미 터 회로에서 전압 이득은 β에 크게 의존합니다. 공통 이미 터 회로의 트랜지스터를 다른 β의 트랜지스터로 교체하면 증폭기의 전압 이득이 크게 변경됩니다. 네거티브 피드백이 장착된 공통 이미 터 증폭기에서 전압 이득은 여전히 ​​어느 정도 트랜지스터 β에 의존하지만 이전만큼은 아니지만 트랜지스터 β의 변동에도 불구하고 회로를 더 예측 가능하게 만듭니다.

열 폭주를 피하기 위해 공통 이미 터 증폭기에 네거티브 피드백을 도입해야한다는 사실은 불만족스러운 솔루션입니다. 증폭기의 고유한 높은 전압 이득을 억제하지 않고도 열 폭주를 피할 수 있습니까? 이 딜레마에 대한 최상의 솔루션은 문제를 면밀히 조사하면 사용할 수 있습니다. 열 폭주를 피하기 위해 최소화해야 하는 전압 이득은 DC입니다. AC가 아닌 전압 이득 전압 이득. 결국, 열 폭주를 유발하는 것은 AC 입력 신호가 아닙니다. 특정 작동 클래스에 필요한 DC 바이어스 전압입니다. AC 신호. 네거티브 피드백이 DC에서만 작동하도록 하는 방법을 알아낸다면 AC 전압 이득을 억제하지 않고 공통 이미 터 증폭기 회로에서 DC 전압 이득을 억제할 수 있습니다. 즉, 출력에서 ​​입력으로 반전된 DC 신호만 피드백하고 반전된 AC 신호는 피드백하지 않는 경우입니다.

Rfeedback 에미터 저항은 부하 전류에 비례하여 전압을 떨어뜨려 네거티브 피드백을 제공합니다. 즉, 이미 터 전류 경로에 임피던스를 삽입하여 음의 피드백이 수행됩니다. DC는 피드백하지만 AC는 피드백하지 않으려면 DC에 대해서는 높지만 AC에 대해서는 낮은 임피던스가 필요합니다. 어떤 종류의 회로가 DC에는 높은 임피던스를 나타내지만 AC에는 낮은 임피던스를 나타내는가? 물론 고역 통과 필터입니다!

아래 그림의 피드백 저항과 병렬로 커패시터를 연결함으로써 우리는 우리에게 필요한 바로 그 상황을 만듭니다. DC보다 AC가 더 쉬운 이미 터에서 접지까지의 경로입니다.

Rfeedback과 병렬로 Cbypass를 추가하여 높은 AC 전압 이득 재구축

새로운 커패시터는 트랜지스터의 이미터에서 접지로 AC를 "바이패스"하여 입력으로 "피드백"하고 전압 이득을 억제하기 위해 이미터에서 접지로 상당한 AC 전압이 떨어지지 않도록 합니다. 반면에 직류는 바이패스 커패시터를 통과할 수 없으므로 피드백 저항을 통해 이동해야 하며, 이미터와 접지 사이의 DC 전압을 떨어뜨려 DC 전압 이득을 낮추고 증폭기의 DC 응답을 안정화하여 열 폭주를 방지합니다. 이 커패시터(XC)의 리액턴스가 가능한 한 낮아야 하기 때문에 Cbypass의 크기는 상대적으로 커야 합니다. 이 커패시터의 극성은 절대 변경되지 않으므로 작업에 극성(전해) 커패시터를 사용하는 것이 안전합니다.

전압 이득을 줄이는 네거티브 피드백 문제에 대한 또 다른 접근 방식은 단일 트랜지스터 증폭기보다 다단 증폭기를 사용하는 것입니다. 단일 트랜지스터의 감쇠 이득이 당면한 작업에 충분하지 않은 경우 피드백으로 인한 감소를 보충하기 위해 둘 이상의 트랜지스터를 사용할 수 있습니다. 아래 그림에서 3단 공통 이미 터 증폭기의 네거티브 피드백을 보여주는 예제 회로.

직접 결합된 공통 이미 터 스테이지의 "홀수" 수에 대한 피드백은 부정적인 피드백을 생성합니다.

최종 출력에서 ​​입력까지의 피드백 경로는 단일 저항인 Rfeedback을 통해 이루어집니다. 각 단계는 공통 이미 터 증폭기이므로 (따라서 반전) 입력에서 출력까지 홀수 단계의 단계는 출력 신호를 반전시킵니다. 피드백은 부정적입니다(퇴행성). 3개의 증폭기 단계가 먼저 많은 이득을 제공하기 때문에 상대적으로 많은 양의 피드백이 전압 이득을 희생하지 않고 사용될 수 있습니다.

처음에는 이 디자인 철학이 세련되지 않고 오히려 역효과가 날 수도 있습니다. 이것은 네거티브 피드백을 사용하여 발생하는 이득 손실을 극복하고 단계적으로 추가하여 단순히 이득을 회복하는 다소 조잡한 방법이 아닌가요? 어쨌든 부정적인 피드백으로 모든 이득을 감쇠하려는 경우 3개의 트랜지스터 스테이지를 사용하여 엄청난 전압 이득을 생성하는 요점은 무엇입니까? 처음에는 분명하지 않을 수 있지만 요점은 회로 전체에서 예측 가능성과 안정성이 증가한다는 것입니다. 3개의 트랜지스터 스테이지가 피드백 없이 임의의 높은 전압 이득(수만 개 이상)을 제공하도록 설계된 경우 음의 피드백을 추가하면 전체 전압 이득이 개별에 덜 의존적이라는 것을 알 수 있습니다. 스테이지 게인, 단순 비율 Rfeedback/Rin과 거의 같습니다. 회로에 더 많은 전압 이득이 있을수록(피드백 없이) 피드백이 설정되면 전압 이득이 Rfeedback/Rin에 더 근접하게 됩니다. 즉, 이 회로의 전압 이득은 두 개의 저항 값으로 고정되며 그 이상은 아닙니다.

이것은 전자 회로의 대량 생산에 대한 이점입니다. 예측 가능한 이득의 증폭기가 광범위하게 다양한 β 값의 트랜지스터를 사용하여 구성될 수 있다면 구성 요소의 선택 및 교체가 용이합니다. 이는 또한 증폭기의 이득이 온도 변화에 따라 거의 변하지 않는다는 것을 의미합니다. 네거티브 피드백에 의해 "길들인" 고이득 증폭기를 통한 안정적인 이득 제어 원칙은 연산 증폭기라고 하는 전자 회로에서 거의 예술 형식으로 향상되었습니다. 또는 연산 증폭기 . 이 회로에 대한 자세한 내용은 이 책의 뒷부분에서 읽을 수 있습니다!

검토:

<울>

의견 증폭기의 출력을 입력에 연결하는 것입니다.

긍정적 , 또는 재생 피드백은 증폭기 회로를 불안정하게 만들어 발진(AC)을 생성하는 경향이 있습니다. 이러한 진동의 주파수는 피드백 네트워크의 구성 요소에 의해 크게 결정됩니다.

음수 , 또는 퇴행성 피드백은 증폭기 회로를 보다 안정적으로 만드는 경향이 있어 출력이 덜 변합니다. 피드백이 없는 경우보다 주어진 입력 신호에 대해 이것은 증폭기의 이득을 감소시키지만 왜곡을 줄이고 대역폭을 증가시키는 이점이 있습니다(앰프가 처리할 수 있는 주파수 범위).

컬렉터를 베이스에 결합하거나 이미터와 접지 사이에 저항을 삽입하여 공통 이미터 회로에 네거티브 피드백을 도입할 수 있습니다.

이미터 대 접지 "피드백" 저항은 일반적으로 열 폭주에 대한 예방 조치로 공통 이미터 회로에서 발견됩니다. .

네거티브 피드백은 또한 증폭기 전압 이득을 저항 값에 더 의존하게 만들고 트랜지스터 특성에 덜 의존하게 만드는 이점이 있습니다.

공통 수집기 증폭기는 이미터와 접지 사이에 부하 저항을 배치하기 때문에 부정적인 피드백이 많습니다. 이 피드백은 증폭기의 매우 안정적인 전압 이득과 열 폭주에 대한 내성을 설명합니다.

바이패스 커패시터를 연결하여 열 폭주에 대한 내성을 희생하지 않고 공통 이미 터 회로의 전압 이득을 재설정할 수 있습니다. 이미터 "피드백 저항기"와 병렬로 연결됩니다.

증폭기의 전압 이득이 임의로 높고(수만 이상) 음의 피드백을 사용하여 이득을 합리적인 수준으로 낮추는 경우 이득이 R_{피드백과 거의 같다는 것을 알 수 있습니다.} /R_in . 트랜지스터 β 또는 기타 내부 구성 요소 값의 변경은 작동 중 피드백과 함께 전압 이득에 거의 영향을 미치지 않으므로 앰프가 안정적이고 설계하기 쉽습니다.

관련 워크시트: <울>

클래스 A BJT 증폭기 워크시트