트랜지스터의 단점을 보완하는 기술 – 제3부

트랜지스터의 단점을 보완하는 기술 제3부에서는 트랜지스터의 단점을 개선하는 방법에 있어서 좀 더 발전된 기술을 알아 봅니다.

아래 그림은 플로팅 방지기술을 좀 더 발전된 기술로 적용한 블록도입니다.

아래 그림은 제2부에서 소개한 그림 22와 비교하면’

정전류부하(CCL21)은 그림 22의 정전류부하(CC21)과 대응되며,

증폭부(A21)은 그림 22의 트랜지스터(Q22)와 저항(R23)에 해당하며,

정전류원(MCC22)은 그림 22의 정전류부하(CC22)에 해당하며,

정전류원(MCC21)은 새로 추가한 것입니다.

 

[그림 31]

그림 31의 플로팅 노이즈 발생 현상을 좀더 상세히 설명하면.

첫번째, 증폭부(A21)의 증폭소자를 기준으로 정전류 동작을 설명하면 다음과 같습니다.

입력단자(IN21)에 입력신호가 + 극성의 신호가 입력되면, 증폭부(A21)의 증폭소자의 베이스전류가 증가하여 증폭부의 증폭소자의 컬랙터에 흐르는 전류가 증가할 경우, 컬랙터와 에미터의 임피던스가 감소하고, 정전류부하(CCL21)의 전류는 일정한 전류가 흐르려고 하여 제2노드(A2)의 전압이 낮아지려고 합니다. 이 때, 증폭부의 증폭소자의 컬랙터전압 즉 제2노드(A2)의 전압이 낮아지기 전까지(회로 및 회로소자의 분포용량 등 원인에 의해서 전압의 변화에 지연이 생긴다) 제2노드(A2)의 전압은 직전 상태로 유지되며 증폭부(A21)의 증폭소자의 컬랙터에는 전류가 증가하면서 저 임피던스 상태를 유지하며(상태 1), 이후 시간이 지나면 제2노드(A2)의 전압이 낮아지면서 정전류로 회복 되어 정상적인 증폭동작을 합니다(동작 21).

그러나 입력단자(IN21)에 입력신호가 - 극성의 신호가 입력되면, 증폭부(A21)의 증폭소자의 베이스전류가 감소하여 증폭소자의 컬랙터에 흐르는 전류가 감소해야 하는 경우, 컬랙터와 에미터의 임피던스가 증가하고, 정전류부하(CCL21)의 전류는 일정한 전류가 흐르고자 하여 제2노드(A2)의 전압이 높아지는 방향으로 작용하며, 증폭부(A21)의 증폭소자의 컬랙터 전압, 즉 제2노드(A2)의 전압이 높아지기 전까지(회로 및 회로소자의 분포용량 등원인에 의해서 전압의 변화에 지연이 생긴다) 제2노드(A2)의 전압은 직전 상태로 유지되며 증폭부(A21)의 증폭소자의 컬랙터에는 전류가 감소하면서 고 임피던스 상태가 되어 일시적으로 전류가 차단되며(상태 2), 이후 시간이 지나면 제2노드(A2)의 전압이 높아지면서 정전류로 회복 되어 정상적인 증폭동작을 합니다(동작 22).

두번째, 정전류부하(CCL21)를 기준으로 정전류 동작을 설명하면 다음과 같습니다.

입력단자(IN21)에 입력신호가 + 극성의 신호가 입력되면, 증폭부(A21)의 증폭소자의 베이스전류가 증가하여 증폭소자의 컬랙터에 흐르는 전류가 증가해야 하는 경우, 컬랙터와 에미터의 임피던스가 감소하고, 정전류부하(CCL21)의 전류는 일정한 전류가 흐르려고 하여 제2노드(A2)의 전압이 낮아지려고 하며, 증폭부(A21)의 컬랙터전압 즉 제2노드(A2)의 전압이 낮아지기 전까지(회로 및 회로소자의 분포용량 등 원인에 의해서 전압의 변화에 지연이 생긴다) 제2노드(A2)의 전압은 직전 상태로 유지되며 정전류부하(CCL21)의 양단에는 전류가 감소하면서 고 임피던스 상태가 되어 일시적으로 전류가 차단되며(상태 3), 이후 시간이 지나면 제2노드(A2)의 전압이 낮아지면서 정전류부하(CCL21)의 양단은 정전류로 회복되어 정상적인 증폭동작을 합니다(동작 23).

그러나, 입력단자(IN21)에 입력신호가 - 극성의 신호가 입력되면, 증폭부(A21)의 증폭소자의 베이스전류가 감소하여 증폭소자의 컬랙터에 흐르는 전류가 감소해야 하며, 이 경우, 컬랙터와 에미터의 임피던스가 증가하고, 정전류부하(CCL21)의 전류는 일정한 전류가 흐르고자 하여 제2노드(A2)의 전압이 높아지는 방향으로 작용하며, 증폭부(A21)의 증폭소자의 컬랙터 전압 즉 제2노드(A2)의 전압이 높아지기 전까지(회로 및 회로소자의 분포용량 등 원인에 의해서 전압의 변화에 지연이 생긴다) 제2노드(A2)의 전압은 직전 상태로 유지되며 정전류부하(CCL21)의 양단에는 전류가 증가하면서 저 임피던스 상태를 유지하며(상태 4), 이후 시간이 지나면 제2노드(A2)의 전압이 높아지면서 정전류부하(CCL21)의 양단은 정전류로 회복되어 정상적인 증폭동작을 합니다(동작 24)

증폭부(A21)의 증폭소자를 기준으로한 동작설명에서 입력단자(IN21)에 - 극성의 신호가 입력되는 경우 상태 2와 같이 증폭부(A21)의 증폭소자의 양단이 일시적으로 고 임피던스 상태로 되며, 정전류부하(CCL21)를 기준으로 한 동작설명(두번째)에서 입력단자(IN21)에 + 극성의 신호가 입력되는 경우 상태 3과 같이 정전류부하(CCL21) 양단이 일시적으로 고 임피던스 상태로 되는 것을 알 수 있습니다.

이 상태에서 제2노드(A2)는 플로팅 되어 직전의 전압을 유지하지 못하고 임의의 전압으로 변경되며 임피던스가 매우 높기 때문에 외부에서 들어오는 노이즈의 영향을 받아서 입력된 신호가 변형되어 목표에 맞추어 충실히 증폭할 수 없게 됩니다.

증폭부(A21)의 증폭소자를 기준으로 한 동작설명(첫번째)에서 상태 2와 같이 흐르고 있던 전류가 감소해야 하는 상태에서 에미터와 컬랙터 양단이 고 임피던스(개방상태)로 되고, 정전류부하(CCL21)를 기준으로 한 동작설명에서 상태 3과 같이 흐르고 있던 전류가 감소해야 하는 상태에서 정전류부하(CCL21) 양단이 고 임피던스(개방상태)로 되는 특징이 있습니다.

그림31에서 증폭부(A21)의 증폭소자가 고 임피던스(개방상태)로 되는 경우에는 병렬 접속된 제22정전류원(MCC22)에 의해서 제2노드(A2)가 플로팅 되는 것을 방지해주고, 정전류부하(CCL21)가 고 임피던스(개방상태)로 되는 경우에는 병렬 접속된 제21정전류원(MCC21)에 의해서 제2노드(A2)가 플로팅 되는 것을 방지해 주도록 동작 합니다.

또한, 증폭부(A21)의 증폭소자를 기준으로 설명하면, 자체 요소인 증폭소자가 고 임피던스(개방상태)로 되는 경우에는 병렬 접속된 정전류원(MCC22)에 의해서 제2노드(A2)가 플로팅 되는 것을 방지해주고, 다른 요소인 정전류부하(CCL21)에 의해서 고 임피던스(개방상태)로 되는 경우에는 직렬 접속된 정전류원(MCC21)에 의해서 제2노드(A2)가 플로팅 되는 것을 방지해 줍니다.

정전류부하(CCL21)를 기준으로 설명하면, 정전류부하(CCL21) 자체가 고 임피던스(개방상태)로 되는 경우에는 병렬 접속된 정전류원(MCC21)에 의해서 제2노드(A2)가 플로팅 되는 것을 방지해주고, 다른 구성요소(즉 증폭부A21의 증폭소자)에 의해서 고 임피던스(개방상태)로 되는 경우에는 직렬 접속된 정전류원(MCC22)에 의해서 제2노드(A2)가 플로팅 되는 것을 방지해 줍니다.

발명의 명칭: 플로팅 방지용 전자회로

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