차동 증폭기 문서 원본 보기

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[[파일:Op-amp symbol.svg|frame|right|<div style="text-align:center">차등 증폭기 기호</div> 반전과 비반전은 "−"와 "+" 심벌로 구별한다. V<sub>s+</sub>와 V<sub>s−</sub>는 전원이고 생략하기도 한다.]]

'''차동 증폭기'''({{lang|en|Differential Amplifier}})는 두 입력 신호의 전압차를 증폭하는 [[회로]]이다. [[연산 증폭기]]나 Emitter coupled [[논리 게이트]]의 입력단에 주로 쓰인다. 각 입력 단자의 전압을 <math>V_\mathrm{in}^{+}</math>와 <math>V_\mathrm{in}^{-}</math>로 나타내면, 출력단자의 전압 <math>V_\mathrm{out}</math>은 두 입력의 차이의  <math>A_\text{d}</math>배로 나타난다.

한편, 한 개의 입력단자를 가진 증폭기도 차동 증폭기의 범주에 포함된다고 볼 수 있다. 차동 증폭기의 두 개의 입력중 하나를 접지시키면 한 개의 입력단자를 가진 증폭기와 같아지기 때문이다.

차동 증폭기는 [[반전 되먹임]]({{lang|en|negative feedback}})을 이용하는 시스템에서 많이 쓰인다. 이때 두 입력 단자는 각각 원래의 입력 신호, 되먹임 신호와 연결된다. 일반적인 증폭용도 외에도 [[전동기]]와 서보({{lang|en|servo}})의 제어에도 쓰인다.

== 차동 증폭기 이론 ==

[[파일:Differential amplifier long-tailed pair.svg|thumb|right|전형적인 쌍대칭 차동 증폭회로 (''바이어스 회로와 다른 부가 회로는 생략됨'')]]

이상적인 차동 증폭기 출력은 다음과 같다:

:<math>V_\text{out} = A_\text{d}(V_\text{in}^+ - V_\text{in}^-)</math>

여기서 <math>V_\text{in}^+</math>와 <math>V_\text{in}^-</math>는 입력 전압이고, <math>A_\text{d}</math>는 차동 신호 이득({{lang|en|differential-mode gain}})이다.

그러나 실제로 2개의 입력 전압에 대한 이득은 완전히 같지 않다. 설령 <math>V_\text{in}^+</math>과  <math>V_\text{in}^-</math> 이 같더라도, 출력은 완전히 0이 아닐 것이다. 이것은 이상적인 상태에서만 가능한 일이다. 조금 더 현실적으로 차동 증폭기의 출력을 표현한다면, 두번째 항을 넣을 수 있다.

:<math>V_\text{out} = A_\text{d}(V_\text{in}^+ - V_\text{in}^-) + A_\text{c}\left(\frac{V_\text{in}^+ + V_\text{in}^-}{2}\right)</math>

여기서 <math>A_\mathrm{c}</math>는 공통 신호 이득({{lang|en|common-mode gain}})이다.

차동증폭기는 주로 잡음(noise)이나 바이어스-전압(bias-voltage)의 영향을 줄이기 위해 사용되므로 작은 공통 신호 이득이 선호된다.

[[공통 모드 제거비]](CMRR, common-mode rejection ratio)는 차동 신호 이득(differential-mode gain)과 공통 신호 이득(common-mode gain)의 비율이다. CMRR은 차동 증폭기가 얼마나 두 입력 단자에 작용하는 공통 신호(사실은 잡음)을 억제할 수 있는지를 나타낸다.

:<math>\mathrm{CMRR} = 10\log_{10} \left (\frac{A_\mathrm{d}}{A_\mathrm{c}} \right)^2 = 20\log_{10} \left (\frac{A_\mathrm{d}}{|A_\mathrm{c}|} \right)</math>

이상적인 (완벽히 대칭인) 차동 증폭기의 <math>A_\text{c}</math>는 0이므로 CMRR은 <math>\infty</math>이다. 이 때 출력 전압 <math>V_{out}</math>은 <math>A_\mathrm{d}(V_\mathrm{in}^{+} - V_\mathrm{in}^{-})</math> 이 된다. 차동 증폭기의 2개의 입력 중 하나를 GND에 연결하면 결국 0V와의 차이를 증폭하는 것이므로, 차동 증폭기는 단일 입력 증폭기로도 사용 가능하다.

== 같이 보기 ==
* [[연산 증폭기]]
* [[ECL 게이트]]

== 외부 링크 ==
* [http://blog.naver.com/dolicom/10085425681 OP AMP의 내부 이해 - 차동증폭기, Current Mirror - OP 앰프 내부 구조 이해]

{{전거 통제}}

[[분류:증폭 회로]]
[[분류:증폭기]]