단일 종단 및 차동 증폭기

복잡한 회로도를 쉽게 그릴 수 있도록 전자 증폭기는 종종 내부 구성 요소가 개별적으로 표시되지 않는 단순한 삼각형 모양으로 상징됩니다. 이 기호는 증폭기의 구성이 전체 회로의 더 큰 기능과 관련이 없고 익숙해질 가치가 있는 경우에 매우 편리합니다.

+V 및 -V 연결은 DC 전원 공급 장치의 양극 및 음극을 나타내며, 각기. 모든 신호 전압이 접지라는 회로의 공통 연결을 참조한다고 가정하기 때문에 입력 및 출력 전압 연결은 단일 도체로 표시됩니다. . 종종(항상 그런 것은 아니지만!) DC 전원 공급 장치의 양극 또는 음극이 접지 기준점입니다. 실제 증폭기 회로(입력 전압 소스, 부하 저항 및 전원 공급 장치 표시)는 다음과 같습니다.

증폭기 회로의 기능

증폭기의 실제 트랜지스터 설계를 분석할 필요 없이 전체 회로의 기능을 쉽게 식별할 수 있습니다. 입력 신호(V_in ), 증폭하고 부하 저항을 구동합니다(R_load ). 위의 회로도를 완성하려면 해당 증폭기의 이득을 지정하는 것이 좋습니다(A_V , A_나 , A_P ) 및 필요한 수학적 분석을 위한 Q(편향) 포인트.

증폭기가 부하에 실제 AC 전압(극성 반전)을 출력할 수 있어야 하는 경우 분할 DC 전원 공급 장치를 사용할 수 있습니다. 이렇게 하면 접지점이 +V와 -V 사이에 전기적으로 "중앙"이 됩니다. 경우에 따라 분할 전원 공급 장치 구성을 이중 전원 공급 장치.

앰프에는 여전히 전체 30볼트가 공급되지만 분할 전압 DC 전원 공급 장치가 있습니다. , 부하 저항기의 출력 전압은 이제 이론상 최대값인 +30V에서 0V가 아닌 +15V에서 -15V로 스윙할 수 있습니다. 이것은 출력에서 ​​용량성 또는 유도성(변압기) 결합에 의존하지 않고 증폭기에서 진정한 교류(AC) 출력을 얻는 쉬운 방법입니다. 컷오프와 포화 사이의 이 앰프 출력의 피크 대 피크 진폭은 변경되지 않습니다.

차동 증폭기

더 큰 회로 내의 트랜지스터 증폭기를 삼각형 기호로 나타내면 더 복잡한 증폭기 및 회로를 연구하고 분석하는 작업을 쉽게 수행할 수 있습니다. 우리가 연구할 이러한 더 복잡한 증폭기 유형 중 하나를 차동 증폭기라고 합니다. . 단일 입력 신호를 증폭하는 일반 증폭기와 달리(종종 단일 종단 증폭기), 차동 증폭기는 두 입력 신호 간의 전압 차이를 증폭합니다. 단순화된 삼각형 증폭기 기호를 사용하면 차동 증폭기는 다음과 같이 보입니다.

2개의 입력 리드는 삼각형 증폭기 기호의 왼쪽에서, 출력 리드는 오른쪽에서, +V 및 -V 전원 공급 리드는 상단과 하단에서 볼 수 있습니다. 다른 예와 마찬가지로 모든 전압은 회로의 접지점을 기준으로 합니다. 하나의 입력 리드는 (-)로 표시되어 있고 다른 하나는 (+)로 표시되어 있습니다. 차동 증폭기는 두 입력 간의 전압 차이를 증폭하기 때문에 각 입력은 출력 전압에 반대 방향으로 영향을 줍니다. 전압 이득이 4인 차동 증폭기에 대한 다음 입력/출력 전압 표를 고려하십시오.

(+) 입력에서 양의 전압이 증가하면 출력 전압이 더 양으로 구동되는 경향이 있고, (-) 입력에서 양의 전압이 증가하면 출력 전압이 더 음으로 구동되는 경향이 있습니다. 마찬가지로, (+) 입력에서 점점 더 음의 전압이 출력을 또한 음으로 구동하는 경향이 있고, (-) 입력에서 점점 더 음의 전압이 정반대의 역할을 합니다. 입력과 극성 사이의 이러한 관계 때문에 (-) 입력은 일반적으로 반전 이라고 합니다. 입력 및 (+)를 비반전으로 사용 입력. 차동 증폭기를 다음과 같이 민감한 전압계에 의해 제어되는 가변 전압 소스로 생각하는 것이 도움이 될 수 있습니다.

위의 그림은 모델 일 뿐입니다. 차동 증폭기의 동작을 이해하는 데 도움이 됩니다. 실제 디자인의 현실적인 개략도가 아닙니다. "G" 기호는 민감한 전압계 움직임인 검류계를 나타냅니다. +V와 -V 사이에 연결된 전위차계는 출력 핀에 가변 전압을 제공합니다(DC 전원 공급 장치의 한 쪽 참조). 이 가변 전압은 검류계 판독값에 의해 설정됩니다. 차동 증폭기의 출력으로 구동되는 모든 부하는 입력 신호가 아니라 DC 전원(배터리)에서 전류를 얻는다는 점을 이해해야 합니다. 검류계에 대한 입력 신호는 단지 제어 출력. 이 개념은 앰프를 처음 접하는 학생들에게 처음에는 혼란스러울 수 있습니다. 이러한 모든 극성과 극성 표시(- 및 +)로 인해 차동 증폭기의 출력이 무엇인지 알지 못하고 혼동하기 쉽습니다. 이러한 잠재적인 혼란을 해결하기 위해 기억해야 할 간단한 규칙이 있습니다.

입력 및 출력 극성의 관계

차동 의 극성이 전압이 반전 및 비반전 입력에 대한 표시와 일치하면 출력은 양수입니다. 차동 전압의 극성이 입력 표시와 충돌하면 출력이 음수가 됩니다. 이것은 입력 전압 극성을 기반으로 하는 디지털 전압계에 의해 표시되는 수학적 기호와 어느 정도 유사합니다. 전압계의 빨간색 테스트 리드(전자 배선에서 전원 공급 장치의 양극과 빨간색이 널리 사용되기 때문에 종종 "포지티브" 리드라고도 함)는 검정색보다 더 긍정적이며 미터는 양극 전압 수치를 표시합니다. 그 반대도 마찬가지입니다.

전압계가 사이 의 전압만 표시하는 것처럼 두 개의 테스트 리드인 이상적인 차동 증폭기는 두 입력 연결 중 하나와 접지 사이의 전압이 아니라 두 입력 연결 사이의 전위차만 증폭합니다. 디지털 전압계의 부호 있는 표시처럼 차동 증폭기의 출력 극성은 두 입력 연결 사이의 차동 전압의 상대 극성에 따라 달라집니다.

차동 증폭기의 사용

이 증폭기에 대한 입력 전압이 수학적 양(아날로그 컴퓨터 회로 내에서와 같이) 또는 물리적 프로세스 측정(아날로그 전자 계측 회로 내에서와 같이)을 나타내는 경우 차동 증폭기와 같은 장치가 어떻게 될 수 있는지 알 수 있습니다. 굉장히 유용하다. 이를 사용하여 두 수량을 비교하여 어느 것이 더 큰지(출력 전압의 극성에 따라) 확인하거나 두 수량(예:두 탱크의 액체 레벨)의 차이를 비교하고 경보를 표시할 수 있습니다(기반 증폭기 출력의 절대값에서) 차이가 너무 커지면. 기본 자동 제어 회로에서 제어되는 양(공정 변수 )는 대상 값(설정점이라고 함)과 비교됩니다. ), 그리고 이 두 가치 사이의 불일치를 기반으로 행동 방법에 대한 결정이 내려집니다. 이러한 방식을 전자적으로 제어하는 ​​첫 번째 단계는 차동 증폭기를 사용하여 프로세스 변수와 설정값 간의 차이를 증폭하는 것입니다. 간단한 컨트롤러 설계에서 이 차동 증폭기의 출력은 최종 제어 요소(예:밸브)를 구동하고 프로세스를 설정값에 합리적으로 가깝게 유지하는 데 직접 사용할 수 있습니다.

검토:

<울>

전자 증폭기의 "약식" 기호는 삼각형으로, 넓은 쪽은 입력 측을 나타내고 좁은 쪽은 출력을 나타냅니다. 전원 공급 라인은 단순화를 위해 도면에서 생략되는 경우가 많습니다.

증폭기의 진정한 AC ​​출력을 촉진하기 위해 분할 또는 이중 중간 지점이 접지된 직렬로 연결된 두 개의 DC 전압 소스가 있는 전원 공급 장치로 접지에 양의 전압(+V)을 제공하고 접지에 음의 전압(-V)을 제공합니다. 이와 같은 분할 전원 공급 장치는 차동 증폭기 회로에 자주 사용됩니다.

대부분의 증폭기에는 하나의 입력과 하나의 출력이 있습니다. 차동 증폭기 2개의 입력과 1개의 출력이 있으며 출력 신호는 두 입력 간의 신호 차이에 비례합니다.

차동 증폭기의 전압 출력은 다음 방정식에 의해 결정됩니다. V_out =A_V (V_noninv - V_inv )

관련 워크시트:

<울>

기본 연산 증폭기 워크시트