전자회로의기초[1]

내 용

3단자 레귤레이터 사용법 3/169

가산회로 10/169

궤환저항분할 12/169

다이오드추가회로 15/169

다이오드리미터 16/169

절대치회로 22/169

미분회로 24/169

반전증록기offset 28/169

반전증폭기 29/169

발진소자와 필터 35/169

발진회로의 기초 40/169

볼테지플로워 45/169

브릿지 회로 응용 48/169

비반전증폭기 51/169

스위칭회로 54/169

연산 증폭기 기본 설계법 60/169

연산증폭기 68/169

이상적인다이오드추가 71/169

적분회로 72/169

전류미러회로 78/169

전류-전압 변환 80/169

전류제한회로 84/169

전압-전류 변환회로 85/169

전원 회로의 기본 설계법 89/169

정전류회로 98/169

정전압회로 104/169

제너 다이오드 사용법 106/169

차동증폭회로 108/169

차동증폭기 114/169

차동증폭기1-정전류회로 122/169

차동증폭기1-정전압회로 125/169

OP-Amp의 출력 증강 128/169

코일과 트랜스 133/169

콘덴서의기능 및 용도 140/169

콘덴서의특성 142/169

콤퍼레이터 147/169

트랜지스터 회로의 기본 설계법 150/169

트랜지스터와 FET 158/169

Gic 163/169

J-FET와MOS-FET 165/169

3-단자 레귤레이터의 사용법

3 단자

레귤레이터의 종류

삼단자 레귤레이터는 사용이 편리하고 구하기 쉬워서 많이 사용되고 있으며 그림과 같이

여러종류가 있습니다. 그림에는 표시하지 않았지만 5A 나 10A 용도 판매되고 있습니다.

삼단자 레귤레이터는 거의 모든 반도체 메이커에서 발매되고 있으므로 그형명도 여러

가지입니다. 통상 ５Ｖ/１Ａ용 이라면 「７８０５」로 통용되지만 메이커에 따라

정식명칭이 「ＬＭ７８０５」또는［ＮＪＭ７８０５］등 각각 다르게 표기하고 있으나

기본 규격은 같습니다. 출력전압은

일반적으로，５Ｖ，６Ｖ，７Ｖ，８Ｖ，９Ｖ，１０Ｖ，１２Ｖ，１５Ｖ，１８Ｖ，２４Ｖ가

판매되고 있습니다.

실용 노하우 (1)

입출력 전위차를

줄이고 적절한

방열대책을 세워야

최대전류를 사용할

수 있습니다.

실제로 사용할 때는 그림같이 입력과 출력（가능한한 레귤레이터 핀 가까이）에 반드시

0.1μＦ 정도의 발진 방지용 콘덴서를 넣고 정격전류의 40% 이상 사용할 때는 반드시

방열기를 설치하고 사용해야합니다.

또한 최저 입력전압은 출력전압 보다 최소한 2.5Ｖ 이상 높아야 하며 입출력간 전압을

극단적으로 작게 하면 평활회로에서 발생한 리풀에 의해 ＩＣ가 동작할 수

없게되며 출력에 큰 리풀노이즈가 발생합니다．ＡＣ 라인의 전압이 －１０％ 정도

변화하는 것을 감안해서 레귤레이터의 입력전압을 확보할 필요가

있습니다．저소비전력화를 위해 입출력간 전압을 작게 할 필요가 있는 경우는 입출력간

전압이 0.2V ~ 0.5V 라도 동작할 수 있는 저 드롭 아웃 형 레귤레이터를 사용해야

합니다.

3 단자 레귤레이터의 사용방법（１）

그런데 역으로 출력전압에 비하여 입력전압이 너무 높으면 그 부분이 손실이 되어

발열이 증가하기 때문에 주의가 필요합니다．간이형 안정화 회로를 구성하는 경우에 3

단자 레귤레이터는 상당히 편리한 것이지만 출력 전류에 주의해서 취급해야

합니다.규격에 따르면 78 시리즈의 패키지（TO-220)로 7800 은 최대전류가 １Ａ로

되어 있지만 방열기를 붙이지 않는다면 정격의 절반인 ５００ｍＡ로 사용해도 발열로

파손 될 수 있습니다.

방열기가 없는 경우 허용손실 ＰＤ(max)은 式(1)과 같습니다.

여기에서 Ｔj(max)는 최대 접합부 온도로 125，Ｔａ는 최대 주위 온도로 60

로계산한 것이며 θja(max)는 방열기가 없을경우 열저항으로 ＴＯ－２２０ 패키지로는

６５／Ｗ 정도입니다．

위의 회로와 같이 입력전압 22V 를 7812 를 사용해 12V 의 출력전압으로 만든다면

레귤레이터의 입출력간 전위차는Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ＝１０Ｖ가 됩니다.

이때 사용가능한 최대전류는 위 式(2) 처럼 되어 최대 1A 를 사용할 수 있는

IC 라도 0.1A 밖에 흐르게 할 수 없습니다．그렇다면 데이터 시트에 1A 로 표시한 것은

거짓말 일까요?. 가끔 데이터시트를 오해하고 불신하는 사람들도 있긴 하지만

데이터시트에 거짓말은 쓰지는 않습니다．부하전류는 ＩＣ 설계상 전류이고 허용

소비전력과 무관한 것입니다．그래서 ＩＣ 접합부 온도의 상승을 억제하여 허용

소비전력을 높이는 것이 필요해지는 것이며 그방법으로 방열판이나 냉각펜을 이용하여

냉각하게 되는 것입니다.

방열판을 붙이면 어떻게 될까요 ?

방열기의 방열능력은 열저항(θsa)으로 나타내며 단위로 ／Ｗ를 사용합니다. 즉

1 와트당 상승온도를 나타내는 것입니다. 예를들면 θｓａ＝６．７／Ｗ 의 방열판에

ＴＯ－２２０ 패키지의 3 단자 레귤레이터를 실장하면 최대 허용손실은 式(3)

처럼됩니다.

여기에서 θｊｃ는 ＩＣ의 접합부와 케이스간 열저항으로 이러한 IC 는 대략 ５／Ｗ

정도입니다．θｃｓ는 IC 와 방열기의 열저항으로 절연싵트를 사용할 경우 커지게

됩니다.

여기에서 입출력간 전압을 방금전과 같이 10V 로하면 최대 부하전류는 式(4) 와 같이

되고 방열기가 없을 때와 비교하면 5 배 이상 큰전류를 흘릴 수 있게 됩니다.

열저항이 작은 (방열면적이 큰）방열기를 사용하면 좋겠지만 비용적인 측면을 생각해야

하기 때문에 금속 케이스（알루미늄 케이스가 좋다）에 레귤레이터 IC 를 부착하면

케이스가 방열기의 역할을 할 수 있으므로 경제적입니다.

방열기의 선택 방법은 다음장의 방열의 기본 설계법을 참고하시기 바랍니다

사용상 노하우 (2)

레귤레이터의

입력에 저항을

삽입하면 의외의

좋은효과를

볼수있습니다.

+5V 로직회로용 전원을 다음그림과 같이 본래의 아날로그 전원으로부터 사용하고 싶은

경우가 자주 있습니다．이 경우에는 입출력간 전압이 커지기 때문에 로직회로에서

사용할 수 있는 전류가 작아지게 됩니다.

만약 부하전류를 알고 있으면 3 단자 레귤레이터(7805)의 입력에 저항Ｒ을 붙여서

전압강하를 시키는것이 좋을 것입니다．다음그림과 같은 경우 입력전압 (Vin = 22V)은

저항에 의해 전압강하가 발생하여 3 단자 레귤레이터(7805)의 입력전압은 10V 가 되어

3 단자 레귤레이터(7805)의 발열은 억제됩니다. 그럭나 이런 경우 저항에서 발열하기

때문에 그대책이 필요해 집니다.

3 단자 레귤레이터의 사용방법（２）

사용상 노하우 (3)

3 단자

레귤레이터의

출력전압을 가변할

수도 있습니다.

구입하기 쉬운 3 단자 레귤레이터의 출력전압 이미 정해저 있지만 다음그림과 같은

방법으로 출력 전압을 바꿀 수도 있습니다.

다음그림처럼 저항 R2 에 흐르는 전류 ＩＲ 은 가능한한 큰 전류를 흐르게

합니다．ＩＲ과 레귤레이터의 소비전류 ＩＱ를 가산한 전류를 저항 R1 에 흐르게 하고

R1*（ＩＲ＋ＩＱ）의 전압을 발생시킵니다．

7815 를 이용하여 출력전압을 17V 로 사용하려면

IQ = 5mA，IR = (5~10) * IQ 를 설정하면

R２＝ VREG ／IR ＝ 15V／25mA＝600 Ω

R1＝ (Vout - Vreg) ／(IQ - IR)＝66 Ω 으로 됩니다.

3 단자 레귤레이터의 출력전압 변경방법（１）

아래회로는 3 단자 레귤레이터의 GND 단자에 다이오드 (D1,D2)를 삽입한 방법으로

출력전압이 1~2V 증가합니다.

다이오드의 순방향 전압강하(VF = 약 0.6V) 정도 출력이 상승하며 ２개라면 2 X

VF＝1.2V 가 상승합니다. 그러나 이방법은 다이오드의 온도계수(약-2.2 mV/)에

영향을 받기 때문에 이것을 무시할 수 있는 경우에만 사용해야 할 것입니다.

3 단자 레귤레이터의 출력전압 변경방법（２）

가 산 회 로

기 본 회 로

가산 회로는 연산 증폭기의 가상쇼트를 잘 이용한 회로입니다．이 회로를

능숙하게 사용하면 연산 증폭기를 사용한 전기적 가감산을 할 수 있도록

됩니다．

동작설명

좌측그림과 같이 전압 브리지를 이용하여 가산회로를 만들려고해도 잘

동작하지 않습니다．왜냐하면신호가 교차한 점의 전압이 일정하지 않기 때문에

３개 신호가 다른 입력으로 흘러 들어가서 영향을 미치기 때문입니다．

그러나 연산 증폭기를 사용하면 어떻게 될까요?

연산 증폭기를 사용한 반전 증폭기의 특징인 가상쇼트에 의하여 신호가

교차한 점의 전압이 항상 0V 가 되기 때문에 입력 신호가 다른 입력에 영향을

미치는 일은 없어집니다．

3 개의 입력 단자로부터 저항을 통하여 흐르는 전류는 키르히호프의

법칙에따라 합쳐집니다．

I = IR1 + IR2 + IR3

단, 각각의 저항에 흐르는 전류는 가각

IR1 = V1 / R1 , IR2 = V2 / R2 , IR3 = V3 / R3

이며 이 전류는 저항 R4 를 통하여 출력단자로 흐릅니다．그에 따라 출력

전압은

Vo = -(R4) (V1 / R1 + V2 / R2 + V3 / R3)

가 됩니다．

이 회로에서는 세입력을 가산하는 예를 소개했지만 실제로는 동일한 요령으로

입력의 수를 바꿀 수 있고 2∼5 입력의 회로에서 실용적으로 사용 됩니다．

용 도 이회롤를 무엇에 사용할 까요?

신호를 서로 더하는 것에 사용되며 대표적으로 다음과 같은 예가 있습니다.

• 아날로그 컴퓨팅．PID 제어 회로등에서 P I D 성분을 서로 더할 때

편리．

• 오디오의 믹서 회로

• 전압의 미 조정. 적당히 설항한후 세밀히 설정한 전압을 서로 더하는

조정회로

궤환 저항의 분할

이 회로의 존재 이유 이 회로는 반전 증폭회로의 증폭도를 크게 하고 싶으나 궤환 저항을 너무

크고 할 수 없거나 입력 저항을 너무 작게 할 수 없는 경우에 사용합니다.

단순한 반전 증폭기의 증폭도는

Vo = -(R2 / R1) Vi

였습니다. 증폭도를 올리고 싶은 경우에는 궤환저항 R2 를 크게 하거나

입력저항 R1 을 작게 할 수 밖에 없는데 궤환저항을 크게 하는 것에는 한계가

있습니다. 일반적으로 저항의 양단에는 열잡음이라는 노이즈가 발생 하고, 이

노이즈 전압은 저항값의 제곱에 비례합니다. 또 높은 증폭도의 앰프는 대부분

미소 신호를 증폭하는 목적으로 사용되므로 노이즈를 최대한 억제해야

하기때문에 저항값을 너무 크게 하지 않는것이 좋으며 100 kΩ 에서

1MΩ 정도에서 발생하는 노이즈도 무시 할 수 없게 됩니다.

또한 반전 증폭회로의 입력 임피던스는 입력저항 R1 으로 결정되기 때문에

입력 저항을 내리는데도 한계가 있습니다. 일반적인 미소신호의 임피던스는

높은 경우가 많기때문에 정확하게 측정하기 위해서는 회로의 입력 임피던스가

높아야 하기 때문입니다.

연산증폭기를 2 개이상 사용하여 증폭도를 높일 수도 있으나 연산증폭기

자체가 노이즈원이 되므로 같은 회로를 만든다면 가능한 한 적은 수로 하는

것이 좋습니다.

회로의 동작 이 회로에서도 연산증폭기의 -입력 단자에 가상쇼트가 성립되고 있기 때문에

입력 단자로부터는

I1 = Vi / R1····(1)

의 전류가 흘러 들어가 옵니다.

이 전류는 저항 R2 를 통해서 R3 과 R4 로 흐르게 되며 각각의 저항에 흐르는

전류를 IR3, IR4 라 하면 키르히호프의 법칙에 따라

I1 = IR3 + IR4····(2)

가 되며 전류 분기점의 전압 VM 은 전류 IR4 를 이용하여 계산하면

VM = R4 IR4····(3)

과 같이됩니다. 또한 VM 은 가상쇼트로 0V 로 되어 있는 연산증폭기의 -입력

단자 전압으로부터 I1 의 전류가 R2 에 의해 전압강하를 일으켜 감소하므로

VM = -I1 R2····(4)

로 표현할 수 있으며, 출력전압 VO 는 VM 전압보다 IR3 R3 많큼 낮아져야

하기때문에

VO = VM -I3 R3 ····(5)

이 됩니다.

위 식에서 미지수는 I1, IR3, IR4, VM, VO 로 5 개가 있고 식의 수도 5 개 있으므로

이 연립 방정식은 잘하면 풀어질지도 모릅니다.

(5) 식에 (4) 식을 대입하면 VO = -I1 R2 - IR3 R3

(2)식을 사용해 IR3 를 소거하면 VO = -I1R2 - I1R3 + IR4R3

(3) 식을 사용해, IR4 를 소거하면 VO=-I1(R2+R3) +VM(R3/R4)

(4) 식을 사용해, VM 를 소거하면 VO=-I1(R2+R3) -I1(R2R3/R4)

정리하면 VO = -I1 (R2R3 + R2R4 + R3R4) / (R4) 가 됩니다.

마지막으로 (1) 식을 사용하면 VO = -Vi (R2R3 + R2R4 + R3R4) / (R1R4)

다시 정리하면 VO = -Vi (R2R3) / (R1R4) + (R2 + R3) / R1)

가 되어 입력전압과 저항의 관계로 되어 계산이 가능해 집니다.

그럼 이 식이 의미하는것을 생각해 봅시다. R4 가 무한대라면 보통 반전

증폭기의 식이 되어 버립니다. 괄호안의 제２항은 보통 반전 증폭을 나타내고

있으며 괄호안의 제 1 항이 이 회로의 특징입니다. R4 가 매우 작을 때 이

회로의 증폭도는 무한대가 되어 버립니다. 물론 오픈루프 이득과 전원 전압의

한계는 넘을 수 없습니다.

이 (R2R3)/(R1R4)가 나타내듯이 R4 를 변화 시키면 그에 따라 증폭도를

자유롭게 바꿀 수 있습니다.

예를 들어 R1 을 높게(100kΩ) 설정했다고 합시다. 이러한 입력 임피던스로

100 배의 증폭기를 만들려면 보통 반전 증폭 회로에서는 10MΩ 의 궤환저항이

필요하게 되어 버려 그다지 좋지 않습니다. 그러나 이 회로에서는 궤환 저항을

100kΩ 두개로 해도 R4 를 1kΩ 으로하면 100 배의 증폭도를 얻을 수 있습니다.

높은 저항값을 사용하지 않아도 되기때문에 열잡음을 억제하는데 있어서 매우

큰 이점입니다.

이 회로의 한계 그렇지만 이 회로는 한가지 단점이 있습니다.

그것은 입력 오프셋의 영향을 비교적 크게 받게 됩니다

다이오드를 추가한 회로

연산증폭기의 궤환저항 부분에 다이오드를 넣어 보면 어떤 동작을 할까요 ?

궤환부분에 저항이나 콘덴서를 넣어도 회로는 선형 소자만으로 만들어지으므로

선형 동작밖에 되지 않습니다. 그러나 다이오드와 같은 비선형 소자를 넣으면

비선형 회로를 만들 수가 있습니다. 다이오드를 넣은 회로의 기본동작을

생각합시다.

우선 Vin > 0 의 경우는 -입력전압이 +입력전압보다 높아지므로 연산증폭기의

출력은 마이너스에 포화하고 있으며 다이오드는 OFF 상태가 되어 출력(Vo)은

어디에도 연결되지 않은상태가 되어 있습니다.

다음에 Vin < 0 의 경우 연산증폭기의 출력은 플러스이므로 다이오드는

도통합니다. 그 때의 출력과 각부전압의 관계를 풀어봅시다

연산증폭기의 원리적인 식으로부터 V-단자의 전압을 저항분압식으로 하면

Vo = -AV V- -Vf

V- = (Vi R2 + Vo R1) / (R1 + R2)

이것을 Vo 에 대해서 풀면

Vo = -(Av V iR2 + Vf (R1 + R2)) / (R1 + R2 + AV R1)

오픈루프이득 AV 가 매우 크다면 이 식은

Vo = -R2 / R1

가 됩니다. 즉 보통 반전 증폭 회로와 같습니다.

따라서 V-가 마이너스라면 보통반전증폭기 이고 플러스이면 출력은 OFF(High

impedance)상태가 됩니다.

이회로는 다이오드의 비선형 부분을 오픈루프이득 AV 로 감쇄시켜 비선형

부분이 나타나지 않도록 한것에 지나지 않습니다. 그 때문에 매우 미소한

전압에 대해서 이 회로의 작동은 이상적인 다이오드로 사용할 수 없습니다.

이상 다이오드는 다음페이지에 소개합니다

응용회로 • 이상 다이오드 회로

• 절대치 회로

리미터 회로

리미터 회로란 신호를 전달 할때 최대치와 최소치 범위내에서 전달하고 싶을 때가 있는데

이때 사용하는 것이 리미터 회로입니다. 리미터 회로는 입력전압이 설정된

범위내에 있을때는 입력전압에 대해 선형 출력되지만 입력전압이 설정된

범위를 넘을 때는 출력이 그 설정값 이상이 되지않게 억제합니다.

여기에서는 우선은 리미터 회로의 여러가지 변화를 소개합니다.

다이오드를 이용한

전압 리미터 회로

이 회로는 IC 의 입력보호에 자주 이용되는 리미터 회로이며 입력전압이

다이오드의 순방향 전압강하(Vf)이상이 되면 다이오드에 전류가 흘러서

양단전압은 Vf 이상으로 되지 않는 단순한 회로지만 보호회로에 많이

사용되고 있습니다.

전압의 최대치를 억제하는 리미터 회로는 다이오드 하나로 만들 수

있습니다. 이 회로에서는 입력전압이 Vset + Vf 를 넘으면 다이오드가 ON

하여 Vo 는 Vset+Vf 를 넘을 수 없습니다.

왼쪽의 그림에서 Vset 는 전지가 아니라 일반적인 직류 전압원을 나타내고

있습니다. 다만 이상적인 직류전압원은 전류에 제한이 없기 때문에 전류

제한용으로 저항 R 를 넣습니다.

이 그림은 전압의 최대치를 설정하는 회로지만 다이오드의 방향을 반대로

하면 최소치를 규정하는 리미트 회로가 됩니다.

다만 이러한 회로에서는 다이오드의 순방향 전압강하 Vf 에 의해 차단전압이

결정되는데 이것은 약 0.6 V 로 거의 일정하지만 전류나 주변온도에 의해

약간의 변동이 있습니다.

제너 다이오드를 사용하는 방법도 있습니다. 제너 다이오드를 사용한

리미터 회로는 제너전압에 의해 리미트 전압이 결정됩니다. 그러나

역전압이 가해졌을 때도 제너다이오드는 도통하기 때문에 번거러운면이

있습니다.

연산증폭기를 추가해 본다 위의 리미터 회로의 큰 결점은 출력 임피던스가 전류 제한용 저항 R 의

값에따라 결정되는 것입니다. 다이오드가 ON 했을때 과전류가 흐르면

신호원이 고장날 수 있기때문에 이것을 막기위해 넣은 저항이므로 너무

낮게 할 수 없습니다. 그렇지만 높게하면 출력 임피던스도 높아지므로

연산증폭기를 이용한 버퍼를 넣으면 좋을 것입니다.이것으로도 다이오드의

순방향 전압강하의 불안정함은 해결되지 않습니다.

이상 다이오드를 사용한

리미터 회로

연산 효증폭기로 만드는 이상 다이오드를 리미터 회로에 추가해 봅시다.

R1 = R2 = R3 = 10kΩ 이라고 하고, 다이오드는 1S1588 을 사용해 봅시다.

기준 전압원은 Zener diode 로 만들어도 괜찮고 기준전압 IC 를 사용해도

좋을 것입니다. 회로의 입출력 전압을 Vin, Vout 이라 하고 연산 증폭기의

출력전압을 Vo, 연산 증폭기의 입력 전압을 각각 V+, V-라고 하고 풀어

봅시다.

우선 연산증폭기의 입력단자에는 거의 전류가 흐르지 않기 때문에

V- = Vout, V+ = Vset 가 성립됩니다.

지금 어떠한 원인으로 입력 전압이 내려가서 V- ≒ Vout < V+ 가 되었다고

하면

V- < V+ 이므로 연산 증폭기의 출력은 다이오드를 통해 출력되며 출력전압

Vo 와 회로의 출력전압 Vout 의 관계는

Vout = Vo - Vf

연산 증폭기의 오픈루프 이득을 A 로하고 이것을 계산하면

Vout = (A / (A + 1)) × V+ - Vf / (A + 1)

이 됩니다. 연산 효증폭기의 오픈루프 이득이 충분히 높다고 가정하면

Vout = V+

가 됩니다.

반대로 어떠한 원인으로 입력 전압이 올라가서 V- ≒ Vout > V+가 되었다고

하면 V->V+ 이므로 연산 증폭기의 출력은 마이너스로 되어 다이오드는

도통하지 않기 때문에 회로의 출력전압 Vout 는 회로의 입력 전압 Vin 가

됩니다. 이 때 입력전압은 출력전압과 같게 됩니다.

결국 Vout 는 V+보다 작을 수 없습니다. 그러므로 이 회로는 하한 리미트

회로로서 작동하게 됩니다.

다이오드의 방향을 바꾸면 상한 리미트 회로가 됩니다. 상한 리미트 회로와

하한 리미트 회로를 동시에 사용하면 상하한 리미트 회로를 만들 수

있습니다.

이상 다이오드를 사용한 회로에서는 리미터가 동작하고 있을 때 출력전류는

연산 증폭기로부터 공급됩니다. 연산 증폭기가 공급하는 전류와 회로의

입력전류중, 강한 쪽이 출력 되는 것입니다. 따라서 어떤 상태에서도 연산

증폭기와 입력회로에 무리가 가지 않도록 회로의 입력에 저항 R1 을

삽입해 둘 필요가 있습니다.

저항 R2 와 R3 은 연산 증폭기의 보호용입니다. 연산 증폭기의 입력에 너무

큰 전위차를 가하지 않는 것이 좋습니다. 보통 연산 효증폭기 회로에서는

Virrtual 쇼트가 성립되고 있으므로 전위차는 거의 없지만 궤환부에

다이오드를 넣은 회로에서는 Virrtual 쇼트가 성립되지 않는 것이 있습니다.

연산 증폭기의 입력은 전류가 거의 흐르지 않지만 전위차가 커지면 전류가

흐를 수 있습니다. 그러한 이유는 연산 증폭기의 입력부에 다이오드로

보호회로를 만들고 있기 때문입니다.

그때문에 저항으로 보호해 두는 것이 좋으며 이회로에서는 저항 R2 와

R3 을 넣어 있습니다.

이상 다이오드를 사용한

리미터의 문제점

대부분의 경우는 올바르게 동작해 주겠지만 몇가지 문제가 있습니다.

• 우선 출력 임피던스는 저항 R1 이므로 높아지게 되며 이것은 볼티지

플로워를 추가하면 좋을 것이다.

• 다이오드는 역방향 전류가 흐르지 않는 것으로

알고 있지만 실제로는 약간의 역전류가

있습니다. 오른쪽 그림에 나타낸 것처럼

다이오드에 가하는 전압을 반전 시키면 일순간

역전류가 발생합니다. 이 시간을 역회복

시간(리커버리 타임)이라고 하며 수십 나노초

정도지만 고속 회로를 설계할때는 문제가

됩니다. 이 문제 때문에 고속 리미터를 만드는

것이 어려지게 됩니다.

• 다이오드에 역전압을 걸어 도통하지 않는 상태에서 다이오드는

콘덴서로 작동될 수 있습니다. 이 때문에 고주파에서의 동작이

지연되어 고속 동작에 문제가 있습니다.

• 리미터가 동작하고있지 않을 때 연산 증폭기는 포화 상태가 되어

있습니다. 포화라고 하는 것은 출력이 정,부의 어느 한쪽의

한계점으로 되어 있는 것으로 연산 증폭기가 이 상태에서 정상적인

동작 상태에 돌아오는데는 다소 시간이 걸리게 되며 그 때문에 고속

동작에 제한 ㅜ요소가 됩니다.

궤환 부분에 제너를

넣어

이 회로는 궤환 부분에 제너다이오드를 넣은 것입니다. 제너다이오드가

서로 역방향으로 접속되어 있으므로 양단전압은 제너전압 Vz 와 순방향

전압강하 Vf 를 넘으면 제너다이오드가 도통하며 제너다이오드가 도통하지

않는 상태에서 궤환저항은 R2 이지만 제너다이오드가 도통하면 궤환저항이

본다

거의 0 이 되도록한 진폭제한 회로입니다.

Zener diode 는 정전용량이 커서 고속동작을 할 수 없기때문에 10 kHz

이하에서 사용하는 것이 좋습니다.

절 대 치 회 로

회로의 동작 설명 이상 다이오드를 사용해서

절대치 회로를 만들 수

있습니다. 이 회로는 신호

처리에 많이 사용됩니다

절대치 회로는 전파 정류회로라고도 하며 이것은 이상 다이오드 회로의

다음단에 가산회로를 추가한 것뿐입니다. 이 회로에 사용하는 저항값을 모두

같은 값으로 하면 증폭도 1 의 절대치 회로가 됩니다.

이 회로의 왼쪽은 이상다이오드 회로이며 오른쪽은 가산증폭 회로입니다. 입력

전압 Vi 가 0 보다 작을때 이상 다이오드는 OFF 이므로 회로의 출력은 R5 를

통해서 Vi 를 반전 증폭한 -Vi 가 되며,

입력 전압 Vi 가 0 보다 클때 이상 다이오드는 ON 하여 -Vi 의 전압을 출력

합니다. R3 과 R4, R5 는 같은 값이므로 이상 다이오드의 출력은 R5 의 직접

입력에 비해 가산기에 2 배의 효과로 입력되어 반전 증폭기의 입력은 -

2Vi+Vi 로 되어 출력은 Vi 가 됩니다.

결국, Vi > 0 이라면 출력은 Vi, Vi < 0 이라면 출력은 -Vi 가 되므로, 절대치를

취하는 회로로 작동하는 것입니다.

문제점 언뜻 보기에 편리하게 보이는 이 회로지만 실제로는 좀처럼 잘 동작해 주지

않습니다. 그것은 입력이 플러스인 경우와 마이너스인 경우의 회로가 서로

다르기때문에 저항값의 격차, 다이오드의 동작 속도에 의하여 특성에

좌우됩니다.

입력전압이 0 보다 작을때 전단의 연산증폭기를 통과하지 않으므로 입출력의

지연은 연산증폭기 일단이지만 입력전압이 0 보다클때는 전단의 연산증폭기를

통해서 후단의 연산증폭기의 입력에 들어오기 때문에 위상에따라 동작속도가

다르게 됩니다.

연산증폭기의 동작 속도는 그다지 빠르지는 않고 주파수가 높아지면 두 성분의

위상지연에 의해 파형이 변형될 수 있습니다.

또한 이 회로에 사용하는 저항은 특성이 좋은 것을 사용하지 않으면 안됩니다.

같은 로트를 사용하는 것이 좋고 금속피막저항이나 금속박막저항, 박막형

금속피막 어레이저항 등을 활용하는 것이 좋습니다. 특히 어레이 저항을

사용하는 것이 가장 바람직할 것이다.

그렇게해도 정확한 절대치 회로를 만드는 것은 간단하지는 않습니다.

미 분 회 로

기 본 회 로 반전증폭기의 입력저항 대신 콘덴서를 사용하면 미분회로를 만들 수 있습니다.

다만 이 회로는 미분의 원리를 나타내는 것으로 실제로는 노이즈와 발진등의

문제로 사용이 쉽지 않습니다. 실용적인 미분회로는 이페이지의 끝부분에

소개합니다.

회로의 동작을 이해하려면 우선 입력단자로부터 콘덴서를 통해 흘러들어오는

전류를 구합니다. 콘덴서에 흐르는 전류이기 때문에 콘덴서 전하량의 미분이

됩니다.

I = dQ / dt

또한 콘덴서에 쌓여있는 전하는 Q = CV 의 관계가 있습니다. 여기서 말하는

V 는 콘덴서 양단의 전위차이기 때문에 연산효증폭기의 -입력 단자전압(V-)과

회로의 입력 전압(Vi)의 차이로 되며 이 연산증폭기에는 부궤환이 걸려

있으므로 연산증폭기 입력 단자의 전위차는 0 으로 되어있고 결국 콘덴서

양단전압은 GND 로부터 측정한 회로의 입력신호전압 Vi 와 같게 됩니다.

이것을 이용해 콘덴서에 흐르는 전류를 구하면

I = C dV / dt

과 같이 됩니다. 연산증폭기의 입력단자에는 전류가 흐르지 않기 때문에 이

전류는 모두 궤환저항을 통해서 연산증폭기의 출력단자로 흐릅니다. 따라서

연산증폭기의 출력단자 전압은

Vo = -RC dV / dt

가 되어 입력전압의 시간 미분을 출력 해 줍니다.

문제점 이 회로는 다음과 같은 몇가지 문제점 때문에

실용적이지 못합니다.

1. 미분 회로는 입력신호의 주파수와 증폭도가

비례하는 회로입니다. 그 때문에 높은

주파수의 신호는 매우크게 증폭됩니다.

이상적인 연산증폭기라면 무한하게 높은

주파수에대하여 무한 대의 증폭도가

되지만 현실적으로 연산증폭기의

오픈루프이득은 한정되어 있습니다.

연산증폭기의 출력전압은 전자유도나

누설전류로 인하여 입력으로 돌아오는 경우가 있으며 높은주파수에서는

증폭도가 높기 때문에 약간의 고주파 전류가 증폭되어 루프가 형성

됩니다. 이 루프의 게인이 1 을 넘으면 발진하기 쉬운 위험 상태가 되고

약간의 탄력으로도 루프에서의 위상차가 360 도의 정수배가 되는

주파수로 발진하게 됩니다. 미분 회로는 이러한 이유 때문에

실용적이지 못합니다.

2. 입력에 콘덴서가 접속되어 있는 것도 문제가 될 수 잇습니다. 콘덴서는

직류 전류를 흘리지 않지만 연산증폭기의 입력단자는 약간의 입력

바이어스 전류가 흐릅니다. 이 전류가 궤환저항을 통해서 출력측으로

흘러 준다면 좋겠지만 실제로는 이 전류로 콘덴서가 충전될 수

있습니다.

실용적인 미분회로

복소 임피던스 (Z) =

(저항성분) + j(리액턴스

성분) = R+ jX [Ω]

좌측 그림이 실용적인 미분 회로입니다. 이 회로를 설계하기 전에 미분회로에

입력하는 주파수의 범위를 미리 결정해 두지 않으면 안됩니다.

이전의 미분 회로와 다른점은 입력 콘덴서에 직렬저항이 들어간 것과 궤환

저항에 병렬로 콘덴서가 들어간 것입니다. 회로의 동작을 이해하기에는

라플라스 변환 방법이 편리합니다.

우선 저항과 콘덴서의 병렬 임피던스를 생각합니다. 복소 impedance Z1 과

Z2 를 가지는 두 소자의 병렬 임피던스는 Z1 Z2 / (Z1 + Z2)가 됩니다.

여기서 Z1 = R, Z2 = 1 / sC 로하면 병렬 임피던스는

R / (1 + sCR)

이 됩니다. 이회로는 반전증폭회로의 입력저항과 궤환저항이 각각 복소

임피던스가 된것 입니다.

따라서 입력저항은 (R1 + 1 / (sC1)) , 궤환저항은 R2 / (1 + sC2R2) 로되며 출력은

Vo = Vi R2 / ( R1 + 1 / (sC1)) × (1 + sC2 R2)

가 됩니다.

미분 회로는 입력 주파수와 이득이 정비례 하는 특성이 있습니다. 그렇지만

무한하게 높은 주파수를 무한하게 증폭하는 것은 반드시 발진을 일으키게

됩니다.

우선 C2 = 0 의 경우를 생각하면,

이회로의 입력에 직렬로 넣은 저항 R1 에 의해 최대의 이득을 R2 / R1 로

제한하고 있으므로 설정 주파수까지는 주파수와 이득이 비례하지만 그 후는

이득이 증가하지 않습니다. 그 주파수는

f1 = 1 / R1C1

로 결정됩니다.

또한 충분히 높은 주파수에서는 이득을

내리고 싶는 경우가 있습니다. 그 때에는

C2 의 효과에 의해 적분동작을 하므로 설정

주파수 이상에서는 주파수와 이득이

반비례하는 관계가 됩니다. 그 주파수는,

f2 = 1 / R2C2

로 결정됩니다.

f2 > f1 로 설정하면 낮은 주파수에서는 미분, 높은 주파수에서는 적분하는

안정된 미분 회로를 만들 수 있습니다. 미리 사용 주파수 범위를 정하고 나서

설계하는 것이 포인트입니다.

다만 이 회로는 완전하고 정확하게 미분하는

회로가 아닙니다. 스텝 입력에 대해 완만한

꼬리가 따라 다닙니다. 유감스러운 일이지만

완전한 미분회로는 아날로그 전자회로로 만들

수 없습니다.

반전 증폭기의 오프셋

보통 반전 증폭기는 V+ 입력을 접지하여, 0[V]로 사용합니다. 만약 이 전압이

0[V]가나오지 않았으면 어떻게 될까요.

이 회로의 동작

여기에서 반전증폭기의 V+에 직류전압이 걸릴 경우를 상정해 계산을 해

보겠습니다. 위의 그림에서는 V+에 걸리는 전압을 전지의 기호로 쓰고 있지만

실제로는 전지를 잇는 것은 아니고 단자에 어떠한 직류 전압을 가하는 것을

의미하고 있습니다.

우선 입력저항 R1 에 흐르는 전류를 구합니다.

이 저항의 양단에는 Vi 와 V-의 전압이 걸려 있으므로

IR1 = (Vi - V-) / R1

의 전류가 흐르며 이 전류는 V- 단자로부터 출력 단자로 흐르므로 출력

단자에는

Vo = V-- IR1R2

의 전압이 발생하는데 가상 쇼트가 성립되고 있으므로 V- = V+를 대입하면

출력전압은 Vo = V+- (R2 / R1) (Vi - V+)가 됩니다.

이 식은 [V+를 기준으로 한 Vi 의 전압을 (R2 / R1)의 증폭도로 증폭해 출력

하지만 출력에는 V+의 오프셋전압이 더해저 있다] 는 것을 의미합니다. 때문에

입력의 전위차를 증폭하는 차동증폭기로서 사용하는데는 문제가 있다고 말할

수 있겠지요.

또한 전 페이지의 반전 증폭기에 관한 설명중에서 전압 관계로 해석의 식에

V+= 0 을 대입해도 이 회로의 동작은 간단하게 구해집니다.

반 전 증 폭 기

반전 증폭기

반전 증폭기 회로는 대부분 연산증폭기 회로의 기본이므로 정확히 이해하고

넘어가야할 것입니다.

전압 관계로 해석

왼쪽 그림을 이용해 반전 증폭기의 동작 원리를 회로의 각부 전압 관계식을

이용해 풀어 보겠습니다. 처음으로 설명하는 부분이므로 귀찮더라도 수식을

풀어가며 이해하여 주시기 바랍니다.

연산증폭기의 원리는 두개의 입력 전압차를 오픈루프 이득 AV 로 증폭하는

앰프입니다.

Vout = (V+ - V-) AV ------- 식 1

연산증폭기의 -입력단자에 전류가 흘러들지 않는다고 가정하면 V-의 전압은

Vo 와 Vi 의 전압을 저항 R1 과 R2 로 분압한 것과 같습니다.

V- = (Vo - Vi) R1 / (R1 + R2) + Vi --------- 식 2

이 식의 1 항은 저항으로 분압된 전압이며 2 항은 분압의 기준점을 나타내고

있습니다. 식 2 를 식 1 에 대입하면 다음 식으로 됩니다.

Vo = (-AV R2 Vi + AV (R1 + R2) V+) / (R1 + R2 + R1 AV) ---- 식 3

이것이 반전 증폭기의 출력전압 이며 이 식이 기본됩니다. 실제

연산증폭기에서는 오픈루프 이득 AV 가 매우 큰 특징이 있기 때문에 조금

간단한 식을 이끌 수 있습니다. 우선 분모 분자를 R1AV 로 나누면

Vo=[-(R2/R1) Vi+(R1+R2) V+ / R1] / [1+1 / AV+R2 / (R1AV)] --- 식 4

좀 이해하기 어려울지도 모르겠지만 AV 가 극히 큰것을 생각하면 1 / AV 는 거의

제로가 되며 R2 / R1 ≪ AV 라면 1/AV 도 거의 제로가 되므로 식 4 의 분모는

거의 1 에 가깝게 됩니다. 그 때문에 출력전압은 다음식과 같이 됩니다.

Vo = -(R2 / R1) Vi + (R1 + R2) V+ / R1 ------ 식 5

특히 연산증폭기의 +입력 단자가 그라운드에 접속되어 있어 V+ = 0 라면

출력은

Vo = - (R2 / R1) Vi ------- 식 6

이 되어 이 회로는 입력 전압을 - R2 / R1 배로 반전 증폭하는 동작을 하게

되는 것입니다. 증폭도를 저항의 비로 설정 할 수 있는것이 연산증폭기

회로에서 가장 기본이 되는 반전 증폭기로서의 동작입니다.

그런데 식 1 에서 V+ - V- = Vo / AV 이므로 V+ - V- 는 출력전압 Vo 를 오픈루프

이득 AV 로 나눈 것이 됩니다. Vo 는 겨우 10V 정도인데 비하여 오픈루프이득은

10000 정도이기 때문에 V+ - V- 가 거의 제로, 즉 V+와 V-에는 전위차가 거의

생기지 않는것입니다. 이것을 가상숏(Virrtual Shot ) 라고 하며 연산증폭기

회로의 중요한 성질의 하나이므로 꼭 기억해 두시기 바랍니다.

전류 관계로 해석

위에서 처럼 전압 관계를 해석하는 것은 좀 귀찮은 부분이 있지만 어떤 경우든

정확하게 풀 수 있습니다. 다만 식의 계산이 매우 귀찮아서 언제나

사용하기에는 실용적이지는 않습니다. 그 때문 Virrtual 쇼트 와 입력단자에

전류가 흐르지 않는것을 가정하여 회로에 흐르는 전류에 주목하면 매우

간단하게 연산증폭기 회로의 동작을 계산할 수가 있습니다. 다만 이것은

어디까지나 근사적 해법이므로 매우 정밀도를 요구하는 경우나 연산증폭기의

성능의 한계에 근접하여 사용 할 경우는 오차가 생길 수 있으므로 충분히

주의해 주십시오.

우선 +입력 단자가 접지되어있는 V+ = 0 의 회로로 생각해 봅시다. Virrtual

쇼트를 가정하면

V- = 0

이 성립합니다, 회로의 입력과 연산증폭기의 -입력 단자의 사이에는 저항 R1 이

있으므로 저항 R1 에는 반드시

IR1 (Vi - V-) / R1

의 전류가 흐릅니다. 이 전류는 어디로 흐르는 것일까요 ?.

V-단자에는 전류가 흐를 수 없기 때문에 전류는 저항 R2 를 통해서

연산증폭기의 출력 단자로 흐르게 됩니다. 연산증폭기의 출력 단자는 약간의

전류가 흐를 수 있기 때문입니다. 저항에 전류가 흐르면 반드시 전압강하

현상이 발생하여 전류의 하류쪽이 상류보다 반드시 전압이 낮아집니다. 그

전압강하에 의해 연산증폭기 출력 단자의 전압은 0V 인 V- 단자의 전압보다

R2 * IR1 만큼 낮아집니다. 그 때문에, 출력 단자의 전압은

Vo = - (R2 / R1) Vi

가 됩니다. 결국 전압 증폭도는 입력 저항과 궤환저항의 비로 정해집니다.

이 이야기를 들으면 「어쩐지 이상하다」라고 생각하는분도 계시리라

생각합니다. 연산증폭기가 증폭을 하고 한다는 이야기가 전혀 나오지 않으니

어쩐지 속은것 같은 설명입니다.

실은 처음에 가정한 Virrtual 쇼트에 연산증폭기가 증폭하고 있다는 가정이

포함되어 있으므로 연산증폭기는 잘 동작하고 있습니다. Virrtual 쇼트는

연산증폭기가 전압 증폭을 해주기 때문에 가능한 것입니다. 이와 같이 전류의

관계로 연산증폭기 회로를 풀면 전류나 저항의 관계만으로 회로의 동작이

해석되기 때문에 아주 간단힙니다. 다만 연산증폭기가 올바르게 동작있을 때를

가정한것입니다.

그러면 연산증폭기가 올바르게 동작하고 있지 않는 상황은 어떤 경우 일까요 ?

예를 들어 다음과 같은 상황입니다.

• 저항의 비로 설정한 증폭도가 연산증폭기의 오픈루프 이득에 접근해

있던지 혹은 초과하고 있는 경우

• 출력전압이 연산증폭기의 최대 출력 전압 범위를 넘고 있는 경우

이러한 경우는 연산증폭기가 올바르게 동작하지 않아서 Virrtual 쇼트가

성립하지 않기 때문에 위에서 말한 것 같은 간단한 전류계산으로 회로의

동작을 해석할 수 없습니다. 그러한 상황에서는 처음 설명한 전압

관계식으로부터 풀 수 밖에 없습니다.

이 회로의 궤환 저항에 저항외에도 콘덴서나 다이오드 트랜지스터를 넣어 보는

것으로 여러가지 회로로 변형되거나 발전합니다.

입력 임피던스 (impedance) 연산증폭기 자체는 매우 높은 입력 임피던스를 가지고 있습니다. 그러나 반전

증폭기로 사용할 경우는 연산증폭기의 -입력 단자가 Virrtual 쇼트로 V+의

전압에 고정되어 있기때문에 입력 단자로부터 입력 저항을 통하여 전류가

흐르게 되며 그 때문에 입력 임피던스는 입력 저항 R1 의 값이 되어 버립니다.

반전 증폭기의 한계 반전 증폭기는 간단한 회로이며 저항의 비로 증폭도를 설정 할 수 있으므로

매우 편리합니다. 실제로도 매우 많은 장소에서 사용되고 있습니다. 보통

용도에서는 아무런 문제 없이 사용할 수 있지만 약간의 결점도 있습니다.

• 입력과 출력이 반대극성으로 된다.

• 저항비로 설정 할 수 있는 증폭도에는 상한이 있다

• 입력 임피던스는 R1 에의해 결정된다.

• 주파수 특성이 그다지 좋지 않다

등입니다. 증폭도의 최대 상한은 오픈루프 이득으로 정해지지만 실제로는

그보다 좀 낮기되며 그 이유는 다음과 같습니다,

• 오픈루프 이득은 주파수가 증가하면 감소한다.

• 입력저항이나 궤환저항에 너무낮은 저항이나 높은저항은 사용할 수 없다

연산증폭기 회로에는 1kΩ 에서 100kΩ 까지의 저항이 잘 사용됩니다. 증폭도는

입력 저항과 궤환 저항의 비이므로 입력저항을 낮게 하거나 궤환저항을 높게

하면 증폭도를 높힐 수가 있습니다. 그렇지만 회로의 입력 임피던스는

입력저항값 이므로 너무 낮게 할 수 없습니다 (전압 증폭기는 입력 임피던스가

높아야 하기때문).

궤환 저항도 너무 높게 할 수 없습니다. 고저항은 큰 노이즈를 발생시키며

적당한 궤환 전류를 흘릴 수 없기 때문입니다. 이 노이즈를 열잡음이라고 하며

저항의 제곱에 비례하며 자연현상이므로 제거할 수 없습니다. 실제의

설계에서는 노이즈를 수 μV 이하로 억제해야 하기 때문에 회로에 사용할 수

있는 최대 저항값에는 한계가 있는 것입니다.

열잡음 문제 뿐만이 아니고 너무 높은 저항을 사용하면 회로에 흐르는 전류가

적게 되므로 외부 노이즈의 영향을 받기 쉬워지거나 연산증폭기 자체의

바이어스 전류를 무시할 수 없게 됩니다. 그 때문에 연산증폭기 회로에서는

높아도 수 100kΩ 이내의 저항을 사용하며 일반적으로는 수 10kΩ 의 저항이

많이 사용되며. 특히 10kΩ 의 저항은 매우 잘 사용됩니다.

또한 연산증폭기는 내부에 몇개에서 수 10 개의 트랜지스터가 사용되고 있는

복잡한 회로입니다. 부품이 많으면 주파수대역이 낮아지므로 그다지 고속

동작은 할 수 없으며 주파수 특성이 그다지 좋지 않는 것이 일반적이어서

오디오 대역정도에서 사용합니다.

발 진 소 자 와 필 터

발진 소자 일정한 주파수의 신호를 출력하기 위해 쓰여지는 소자로 발진 방법에 따라 다양한

소자가 있습니다．일반적으로 세라믹 진동자와 수정 진동자가 사용되고 있으며

안정도와 주파수 정밀도를 비교 하면 아래표와 같습니다．

발진소자 주파수 안정도 주파수 정밀도

RC 또는 LC 발진 100ppm/ ±2∼5%

세라믹 진동 자 30ppm/ ±0.5%

수정 진동 자 수 ppm/ ±0.001%이하

수정 발진 유닛 3ppm/-20∼60 3ppm 이하

(주) RC:저항과 콘덴서 LC：코일과 콘덴서

회로도 기호 약호 명 칭 기 능

Ｘ-ＴＡＬ 크리스탈 수정 발진 자，고주파 발진 용

ＸＦＩＬ

ＦＩＬ

크리스탈 필터

세라믹 필터 고주파용 필터

세라믹 진동자 수정 진동자의 정밀도가 불필요할 때는 값이 비교적 싼 세라믹 진동자가 사용되고

있습니다.수정에 비하여 특성이 좋지 않지만１０ × －５승/정도의 온도 안정도가

있기 때문에 RC 발진 회로와 비교하면 훨씬 우수한 특성을 낼 수 있습니다．

또한, 전압 제어 발진 회로에서 주파수를 가변할 경우 세라믹 진동자가 넓은

주파수가변 범위를 얻을 수

있습니다．

수정 진동자 쉽게 입수할 수 있는 안정된 발진 소자로서 많이 애용되고 있는 진동자 입니다．

간단하게１０×－６승/정도의 온도 안정도를 얻을 수 있으며 주파수 범위도 넓으며

발진 회로도 비교적 간단하기 때문에 많은면에서 사용되고 있습니다．

형태나 크기에도 여러 가지 있고 다음 그림과 같은 종류가 있습니다．

수정 발진 유닛

최근 많이 쓰여지고 있는 것으로 미리 수정 진동자와

전자 회로를 조합시켜서 유닛화 한 것이

있습니다．안정된 발진을 위한 전자회로가 내장되어

있으며 전원만 접속하면 신호가 출력되기 때문에

편리하게 사용할 수 있습니다．

필 터 특정 주파수의 신호만 추출하기 위해 쓰여지는 것이 필터입니다．이것에도 세라믹

필터와 크리스탈 필터가 있습니다．특징은 진동자의 특징과 같지만 특성이 좋은

크리스탈 필터는 상당히 고가인점이 단점입니다.

세라믹 필터 많이 쓰여지며 입수가 쉬운것은 AM，FM 라디오의 중간 주파수 필터로 사용되는

４５５KH 와 １０．７MH 필터가 주류입니다.

그림의 좌측에 있는것이 10.7MHz 용, 우측에 있는것이 455KHz 용 이며 필터 특성에

따라 크기와 형태에 차이가 있습니다.

《제품 예》 ４５５KH 용 세라믹 필터

품명 6dB 대역폭 감쇠 대역폭 삽입 손실 dB

CFU４５５Ｂ２ ±１５ ±３０ ４

CFU４５５C２ ±１２．５ ±２４ ４

CFU４５５D2 ±１０ ±２０ ４

CFU４５５E２ ± ７．５ ±１５ ６

CFU４５５F２ ± ６ ±１２．５ ６

CFU４５５G２ ± ４．５ ±１０ ６

CFU４５５HT ± ３ ± ９ ６

CFU４５５IT ± ２ ± ７．５ ６

크리스탈 필터 무선기기의 수신기에 주로 사용되고 있으며 상당히 좁은대역의

주파수만을 통과시키는 필터를 만들 수 있어서 고성능 수신기에

이용되고 있으며 몇 종류의 주파수에 한정되어 있습니다. .

세라믹 검파 소자 필터와는 조금 다르지만 AM/ FM 검파 회로에 사용하는 간이

검파 소자로 쓰여집니다．

발 진 회 로 의 기 초

전자회로의 중요한 요소중 발진회로가 있는데 이 회로는 주기적으로 전압이나

전류가 변하는 신호를 만들어 내기 위한 것입니다．

발진의 이해 우리주위에서 발진현상을 볼 수 있는 대표적인 것으로 괘종시계의 추를 들 수

있습니다. 일반적인 추는 힘을가하면 흔들리다가 점점 폭이 작아지며 결국은

정지합니다. 흔들리는 방향으로 계속적인 힘을까하면 흔들림폭은 점점

커지지만 가만놔두면 결국 정지하게 되겠지요. 그렇다면 괘종시계추는 어째서

일정한 폭으로 흔들릴까요 ?

추를 흔드는 구동력과 추의 흔들림을 방해하는 손실이 같은 상태로 균형이

잡히도록 일정한 힘을 계속적으로 가해 주기 때문입니다.

발진회로도 이와같은 개념으로 증폭회로의 출력을 입력측으로 되먹임하여

외부의 입력 없이 전기진동을 발생시켜서 교류파형을 얻을 수 있습니다.

간단한 예로 오디오 증폭기에 연결된 마이크와 스피커를 가까이 마주보게 하면

삐소리가 나며 하울링이 발생하는데 이것이 발진의 일종입니다. 노래방

같은곳에서 한번쯤은 겪어 보았으리라 생각됩니다.

발진회로는 그 용도나 목적에 따라 다양한 방식이 있으며 설계시 다음사항을

기본적으로 검토하는것이 좋습니다.

• 출력파형 : 정현파，구형파，삼각파，왜율

• 발진주파수 : 저주파 / 고주파，고정형/가변형，정밀도，안정도

• 신 뢰 성 : 온도특성이나 이상발진

CR 발진회로 발진 주파수를 결정하는 요소로 콘덴서와 저항을 이용한 회로로서 정현파에

가까운 파형을 얻을 수 있으나 주파수 정밀도는 떨어지는 편입니다.

Wine-bridge oscillator : 정현파 발진회로중 대표적인 것으로 다음과 같은

특징이 있습니다.

• 콘덴서와 저항으로 밴드패스필터를 구성합니다.

• 비교적 낮은 주파수대역에 이용됩니다.（수 Hz∼수십 KHz）

• 증폭도가 높으면 왜곡이 많아지고 낮으면 발진 할 수 없는등 증폭도에

제한이 있습니다.

위상지연을 이용한 발진회로 : CR 적분회로에의한 위상지연을 이용한 발진

• 주파수 정밀도는 약간 좋아지며

• 비교적 저주파 발진에 사용됩니다.(수십 KHz 이하）

LC 발진회로 발진 주파수를 결정한 요소로서 ＬＣ공진을 이용한 것으로 정현파에 가까운

파형을 얻을 수 있으며 주파수 정밀도가 ＣＲ 발진회로 보다 안정적입니다.

컬렉터 동조형

ＬＣ 공진을 이용한 정현파 빌진회로로 공진회로에 저장된 에너지의 일부를

픽업코일로 꺼내어 증폭하여 공진회로에 다시공급하는 방식으로 ＣＲ

발진회로보다 주파수 정밀도가 높은 장점이 있습니다. 수십 Hz 에서 수백 MHz

대역에서 사용할 수 있습니다

하틀리(Hartley) 발진기

공진회로속의 전위가 높은 부분에서 전압성분을 꺼내고 전압이득이

1 이하인 전류증폭기로 증폭하여 공진회로의 전위가 낮은 부분에

접속하는 것으로 코일에 탭을 만들어 공진회로 자신이 승압기의

기능을 하는 정현파 발진기입니다.

콜피츠(Colpitts) 발진기

하틀리 발진회로와 같은 원리를 이용한것으로 코일탭 부분을

콘덴서로 대치한 것입니다.

수정과 세라믹 발진회로 수정 또는 세라믹진동자를 이용한 발진회로로 다음과 같은 특징이 있습니다.

• 정현파에 가까운 파형을 얻을 수 있다．

• 비교적 간단하게 안정적인 주파수를 얻을 수 있다.

• 결정을 컷트한 방향에 따라 온도계수가 다르며 T 컷트라고 불리는 것은

상온 부근에서 온도계수가 제로로 된다．

• 기본진동주파수는 수정진동자로 수백 kHz ∼ 20MHz 정도이다．

• 20MHz 보다 높은 주파수를 발진시키려면 기본주파수의 ３배나 ５ 배로

공진 시키는 오버톤 발진이 이용된다.

피어스 ＢＥ형 발진회로（Pierce's BE oscillator）

X1 을 Ｌ，C1·L1 의 공진회로를 유도성으로 한 하틀리형 발진회로의

변형입니다.

피어스 ＣＢ형 발진회로 (Pierce's CB oscillator）

X1 을 Ｌ，C1·L1 의 공진회로를 용량성으로 한 콜피츠형 발진회로의

변형입니다.

논리소자를 이용한 발진회로

디지털기기에서 많이 사용되 며 X1 을Ｌ로 하는 콜피츠형 발진회로의

변형입니다.

구형파 발진 회로 논리회로에 많이 이용되는 것으로 발진주파수는 ＣＲ 값과 논리소자의 특성에

큰 영향을 받습니다.

링 발진회로 (Ring oscillator)

게이트의 지연시간을 이용한 구형파 발진회로로 게이트의가 적은 경우는

정현파에 가까운 파형이 되며 발진의 원리는 이상형 발진회로와 같습니다.

히스테리시스 특성을 이용한 발진회로

발진 주파수는 ＣＲ의 값과 소자의 히스테리시스 특성에따라 결정되며 비교적

간단하게 발진시킬 수 있는 특징을 갖고 있습니다.

비안정 멀티바이브레이터

구형파 발진회로의 대표적인 것이지만 정확한 동작이 요구되는 회로에는 잘

사용되지 않습니다.

볼 테 지 플 러 워

볼테지 플로워는 매우 간단한 회로로서 동작도 입력 전압을 그대로 출력 하는

것으로 매우 단순한 것이지만 시스템을 설계하는데 있어서 중요한 역할을

합니다.

전 페이지에서 소개한것처럼 비반전 증폭기 출력은

Vo = V+ (1 + (R2 / R1))

인데 여기서 R2 를 0 으로, R1 을∞로 하면 볼테지 플로워가 됩니다. 즉 V-

단자와 연산증폭기의 출력 단자를 직결 했을때 출력전압은

Vo = V+

가 됩니다. 「 전혀 증폭을 하지 않는데 무엇 때문에 필요한가 ?」라고

생각하는 분도 계시겠지만 이것은 매우 중요한 회로인 것입니다.

볼테지 플로워를 사용하는 목적은 크게 다음 두가지로 압축됩니다.

• 임피던스의 변환

• 회로의 분리

임피던스 변환 광센서나 압력센서등의 신호를 계측하려고 할 때 이들 신호가 미약한 신호이기

때문에 측정회로의 입력 임피던스에 주의해야 합니다. 측정회로의 입력

임피던스가 충분히 크지 않으면 신호원으로부터 측정회로로 흐르는 전류에

의해서 측정하고 싶은 전압이 바뀌어 버릴지도 모릅니다.

만약 신호원의 출력 임피던스가 100kΩ 일때 측정회로의 입력임피던스가

100kΩ 이라면 측정되는 신호는 2 분의 1 로 감소 해 버립니다. 이러한

신호원을 올바게 계측 하기위해서는 신호원의 출력 임피던스보다 측정회로의

입력 임피던스가 충분히 높을 필요가 있는데 이러한 경우에 볼테지 플로워가

도움이 됩니다.

볼테지 플로워의 입력 임피던스는 연산증폭기의 입력 임피던스와 동일하기

때문에 보통은 매우 큰 값입니다 (1MΩ 정도). 그리고 볼테지 플로워의 출력

임피던스는 연산증폭기의 출력 임피던스이므로 (수 100Ω 정도) 약한 신호를

강하게 해 출력 하는 것입니다.

임피던스라는 말이 잘 이해가 되지 않는분은 간단하게 회로의 입출력 저항이라

생각하면 됩니다. 출력 임피던스가 높다고 하는 것은 '출력에 직렬로 높은

저항이 연결되어있어서 약한전류 밖에 흘릴 수가 없다' 라는 의미 입니다.

회로의 분리 직류 신호는 다이오드를 사용하면 일방통행으로 할 수 있습니다. 그렇다면

교류 신호를 일방통행으로 하려면 어떻게 하면 좋을까요? 대답은 증폭도

1 배의 앰프를 사용하는 것입니다.

교류신호는 전류의 방향이 바뀌므로 다이오드를 이용하여 한쪽으로만 신호가

전달되게 할 수 없습니다. 또한 다이오드를 이용한 경우 2 차측 회로가 회로가

쇼트되거나 하는 고장이 발생할 경우 1 차회로까지 데미지를 받게 됩니다.

이것은 직류에서도 마찬가지입니다.

전 회로에 영향을 주지 않고 전기신호의 전달을 한쪽 방향으로 하고 싶다면

회로의 분리가 필요한데 이러한 경우 볼테지 플로워가 제격입니다.

다만 볼테지 플로워를 이용하여 회로를 분리해도 고주파 노이즈가 차단되지

않을 수도 있습니다. 회로 분리의 정밀도를 높히려면 아이솔레리션 앰프를

사용해야 할 것입니다. 특히 정전기나 노이즈가 많은 장소에서는 보통 앰프나

볼테지 플로워에 의한 분리로는 불충분하고 오동작의 원인이 될 수 있습니다.

주 의 점 볼테지 플로워는 편리하지만 몇가지 조심하지 않으면 안 되는 것이 있습니다.

비반전 증폭기를 소개할때 설명한 동상신호 입력 전압 범위를 반드시 지키지

않으면 안됩니다. 또한 볼테지 플로워로 사용할 수 없는 연산증폭기도 있으며

그러한 내용은연산증폭기의 데이터 쉬트에 설명되어 있으므로 볼테지 플로워를

사용할 때 연산증폭기의 데이터 쉬트를 한 번은 읽어 보는 것이 좋을

것입니다.

브리지 회로의 응용

브리지 회로는 미소한 변화를 측정할 때 적합한 회로입니다. 여기에서는

휘스톤브릿지 (Wheastone Bridge ) 를 응용한 회로를 소개 합니다.

회로의 동작 일반적인 휘스톤 브릿지를 이용하여

전위차를 검출하는 방법이 가장 간단한

사용법입니다. 이 회로도의 경우는

연산증폭기에 부궤환이 걸려있지 않기

때문에 연산효증폭기가 곧바로 포화해

버립니다. 이 문제는차동증폭기를

사용하면 해결 할 수 있습니다. 다만

차동증폭기의 입력 임피던스가 낮으면

측정되는 저항값에 영향을 주기 때문에

충분히 높게 하지 않으면 안 됩니다.

가능하면 인스트르멘테이션앰프를

사용하면 좋을 것입니다.

휘이트스톤 브리지

(Wheastone Bridge) :

저항의 미세한 변화를

전압으로 출력해 주는

회로로서 계측회로에 많이

이용됩니다.

다음 회로는 저항 Rx 와

Ry 의 비를 구하는

회로입니다. 저항값을

R1=R2 로 해 두면

연산증폭기는 반전

증폭회로가 되므로

기준전원의 -1 배 전압을

출력 합니다.

그렇기때문에 R1 의

위쪽과 R2 의 아래쪽은

서로 반대 전압이 되므로

Rx 와 Ry 가 같을때

출력전압(Vo)은 0V 가

됩니다. 그리고 0V 를

중심으로 Rx 와 Ry 의 비에 따른 전압이 출력 됩니다. 콘덴서 C1 은 고주파

이득을 감쇄시켜서 안정된 동작을 하도록 하기 위한 것입니다. 저항의 비를

정밀하게 측정하는 경우에 이와 같은 회로가 이용됩니다.

실제의 설계예

이 회로도는 온도센서의 저항변화를 측정하여 온도 제어에 이용가능한

회로입니다. 저항 Rx 를 정밀한 포텐쇼메타(Potentiometer)로하고 Ry 에

더미스터(Thermistor)를 사용합니다. Potentiometer 로 설정한 저항값과

Thermistor 의 저항값을 비교하여 PI 제어에 의해 온도를 일정에 유지하는데

이용할 수 있습니다.

이 회로의 후단에는 비반전 증폭회로에 의한 버퍼를 추가해서 사용해야

합니다.

비 반 전 증 폭 기

동 작 설 명

반전 증폭기는 전압을 증폭하지만 출력전압은 입력 전압과 반대의 극성을 갖게

됩니다. 그러나 비반전 증폭기는 전압을 역전 시키는 일 없이 설정한 증폭도에

따라 증폭해 주며 반전 증폭기와 다른 몇가지 특징을 가지고 있습니다.

전 페이지에서 소개했던 반전증폭기의 오프셋 회로를 보면 출력이

Vo = V+ - (R2 / R1) (Vi - V+)

로 여기에 V I = 0 을 대입해 보면

Vo = V+ (1 + (R2 / R1))

이 됩니다. 이것이 비반전 증폭기의 동작입니다.

비반전 증폭기도 반전 증폭기처럼 저항의 비로 증폭도를 설정 할 수 있지만

1 이상의 증폭도 밖에 설정 할 수 없습니다. 반전 증폭기에서는 R2＜ R1 시에는

증폭도가 1 보다 작기 때문에 증폭기가 아니고 감쇄기로 동작했지만 비반전

증폭기에서는 그러한 사용을 할 수 없습니다.

입력 임피던스 비반전 증폭기의 입력 임피던스는 연산증폭기의 V+입력 단자의 입력

임피던스가 됩니다. 이것은 최악의 상태라해도 100kΩ 이상 되며 비싼 것은

1TΩ(테라, 1012) 이상도 있어서 입력 임피던스를 매우 높게 할 수 있으므로

미약한 신호의 검출에는 비반전 증폭기가 많이 사용됩니다.

다만 비반전 증폭기의 입력임피던스를 너무 높게하면 개방 상태에서 외부

노이즈나 누설 전류의 영향을 쉽게 받을 수 있어서 좋지 않습니다. 그 때문에

범용 증폭기를 만들 때는 적당한 입력 저항을 그라운드와 병렬로 넣어 입력

임피던스를 설정 해 주게 됩니다.

왜그런지 의문을 제기할 수도 있지만 여기에는 중요한 이유가 있습니다.

연산증폭기의 입력 단자에는 일반적으로 전류가 흐르지 않는다고 하지만

실제로는 입력 바이어스 전류라고 하는 매우 작은 전류가 흐릅니다. FET 를

입력회로에 사용한 연산증폭기라도 입력 바이어스 전류는 제로가 않입니다.

이러한 입력 바이어스 전류는 연산증폭기 내부의 입력 트랜지스터를 동작

시키기 위해서 필요한 전류이므로 이 전류를 반드시 흘려 주지 않으면

연산증폭기는 올바르게 동작해 주지 않습니다. FET 입력의 연산증폭기에서는

바이어스 전류를 흘리지 않아도 일단 동작하지만 입력이 완전히 오픈 상태가

되면 노이즈나 오동작의 원인이 됩니다.그 때문에 입력 단자에 그라운드와

병렬로 저항을 넣을 필요가 있으며 이 저항 값이 회로의 입력 임피던스가 되는

것 입니다.

동상입력 전압 범위 반전 증폭기에서는 보통은 V+를 0V 에 고정하여 사용하며 가상쇼트가 성립되고

있으므로 V-의 전압도 거의 0V 였습니다.

그렇지만 비반전 증폭기에서는 V+는 입력 전압이고 가상쇼트가 성립되고

있으므로 V-도 V+와 함께 변동하여 입력전압과 같게 됩니다.

실은 연산증폭기 IC 자체는 V+나 V-가 0V 부근에 있을때 가장 좋은 성능이

나오도록 설계되어 있습니다. 또한 V+나 V-가 전원전압 부근에 있을때는

올바르게 동작해 주지 않습니다. 특히 V+를 내리면 출력전압도 내려 가지만

마이너스 전원 근처에서는 반대로 출력전압이 상승합니다.

이 때문에 연산증폭기가 정상적으로 동작하는 입력 전압의 범위가 결정되어

있으며 이것을 동상입력 전압범위(CMRR)라고 부르고 있습니다. 이것은 통상의

연산증폭기에서는 전원 전압 범위보다 2V 정도 낮은 값입니다.

Rail-to-Rail 이라고 일컬어지고 있는 연산증폭기는 이 입력 전압 범위가 전원

전압까지 가능하며 출력전압도 전원 전압까지 출력 됩니다.

단전원 연산증폭기는 입력 전압범위를 마이너스전원 전압 또는 정전원

전압까지 확장해 건전지로 움직이는 시스템이나 디지탈 회로와의 인터페이스를

하기 쉽게 한 품종입니다.

스 위 칭 회 로

1. NPN TR 을 이용한

스위칭 회로

NPN 트랜지스터를 사용한 기본적인 스위칭 회로입니다. 베이스에 작은 전류를

흘리면, 콜렉터- 이미터간이 도통해 큰 전류를 스위칭 할 수 있는 회로입니다.

설 명

이 회로는 작은 베이스 전류로 큰 콜렉터 전류를 스위칭 할 수 있는 회로로서

여러곳에서 애용되고 있습니다. 이 회로에서 트랜지스터의 콜렉터는 전류를

흡입하는 기능이므로 이 회로는 전류를 출력 할 수 없습니다. 사용법은

「제어하고 싶은 것」의 플러스쪽을 전원에 연결하고 마이너스쪽을

트랜지스터의 콜렉터에 연결합니다. 그리고 베이스 전류를 ON/OFF 하면

부하(제어하고 싶은 것)의 전류를 ON/OFF 할 수 있습니다.

함 정

이 회로에는 뜻밖의 함정이 있습니다. 그것은 콜렉터- 이미터간 포화 전압과

직류 증폭율입니다. 예를 들어 이회로의 전원 전압이 5V 이고, 트랜지스터의

콜렉터- 이미터간 포화 전압이 0.2V 라면 부하에는 최대 4.8V 의 전압밖에

가할 수 없습니다. 또한 직류 증폭율(Hfe)이 20 인 트랜지스터를 사용할 경우

부하가 1A 의 전류를 필요로 한다면 베이스 전류는 50 mA 를 흘려야 합니다.

부하전류가 제데로 흐르지 않거나 부하에 걸리는 전압이 낮아서 그 원인을

알아보면 단지 베이스 전류와 Hfe 가 부족한 경우가 대부분일 것입니다.

특히 초보자가 실수하기 쉬운것은 베이스에 직렬로 들어가는 저항이나 베이스-

이미터간 저항을 빠뜨리는 것입니다.

베이스의 직렬의 저항은 왜 필요한가 ?

베이스의 저항을 빠뜨리면 최악의 경우

트랜지스터가 과열되어 타 버릴 수 있습니다.

왜냐하면 트랜지스터의 베이스와 이미터 사이는

어떠한 경우든 0.65 V 이상으로 할 수 없습니다.

(수천 A 의 전류를 흘리면 수 V 가 될 수

있지만···) 0.65V 이상 될 수 없는 곳에 그이상의

전압을 가하면 어디선가 전압차를 소비해야 하며

소비된 전력많큼 열이 발생합니다. 그 때문에

베이스에 직렬저항이 필요하며 저항의 값은

적당히 결정해도 좋습니다. 베이스 전류를 너무

많이 흘리면 트랜지스터가 타 버리고 너무 적으면 콜렉터 전류도 적어 지므로

수백 Ω 에서 수 10kΩ 이 적당한 범위입니다.

스윗치가 아니고 디지탈 회로의 출력을

트랜지스터에 연결할 때도 베이스에

직렬저항을 넣지 않으면 안됩니다. 그렇지

않으면 트랜지스터와 디지탈 IC 의 출력중

약한쪽이 고장날 것입니다.

베이스에 병렬 저항은 왜 필요한가 ?

트랜지스터의 입력에 오픈콜렉터 출력이나

트라이스테이트 출력, 또는 스윗치 등을 연결할 경우

그 신호가 오픈 될 가능성이 있습니다. 이러한 경우에

베이스·이미터간의 저항이 없으면 베이스 단자가

불안정하게 되며 그 때문에콜렉터 전류도 불안정하게

흐릅니다. 따라서 트랜지스터를 확실히 OFF 로 하기

위해서 베이스·이미터간에 저항이 필요합니다. 그 값이

너무 낮으면 쓸모없는 전력 소모가 발생하며 너무

높으면 효과가 줄어들어 노이즈의 영향을 받을 수

있으므로 10kΩ 전후의 저항을 사용하면

적당합니다. 디지탈 IC 의 사용하지 않는 입력 단자를 pull-up 하는것 처럼

트랜지스터의 입력 단자도 오픈상태가 되지 않도록 해야 합니다.

결 점

이 회로는 그다지 고속 스위칭은 할 수 없습니다. 그 해결 방법은 3. 고속

스위칭 회로 를 참고해 주십시요. 또한 릴레이나 모터 등와 같이 코일을

포함하는 부하를 스위칭 할 경우는 4. 코일부하의 스위칭을 참고 하십시요.

2. PNP TR 을 이용한

스위칭 회로 PNP 트랜지스터를 사용한 기본적인 스위칭 회로입니다. 베이스에 작은 전류를

흘리면 컬렉터 이미터간이 도통해 큰 전류를 스위칭 할 수 있는 회로입니다.

설 명

이 회로는 작은 베이스 전류로 큰 콜렉터 전류를 스위칭 할 수 있는 회로로 잘

알려진 회로 입니다. 이 회로에서 트랜지스터의 콜렉터는 스윗치를 ON 하면

전류를 출력합니다. 사용법은 부하의 마이너스측을 회로의 그라운드에

연결하고 플러스측을 트랜지스터의 콜렉터에 연결합니다. 베이스 전류를

ON/OFF 하여 부하를 제어할 수

있습니다.

이회로는 위에서 설명한 것과

기본적으로 같지만 NPN TR 의

경우와 약간의 차이가 있습니다.

NPN 트랜지스터를 사용한 스위칭

회로는 전류를 흡입하는

타입이지만 PNP 트랜지스터를

사용한 스위칭 회로는 전류를

출력하는 타입 입니다. 각

트랜지스터의 콜렉터-이미터간

포화 전압 Vce(sat)이 0.2 V 인

경우 각각의 전압은 오른쪽그림과

같이 됩니다.

높은 전압을 ON/OFF 하려면

논리 전압보다 높은 전압을 제어하고

싶은 경우에 조심해야 할 일이 있습니다.

PNP 트랜지스터를 동작 시키려면 베이스

전압은 이미터 전압보다 약 0.65V 낮지

않으면 되지 않습니다. 예를 들어 12V 의

전원을 사용하는 경우에 베이스 전압은

11 V 근처가 되며 이것을 저항을 통해

디지탈 회로에 연결하면 IC 가 망가질지도

모릅니다. 그러므로 한번 NPN 트랜지스터를 통해서디지털 회로에 연결하는

버릇을 갖는것이좋으며 이 때도 베이스 저항의 사용을 잊지 말아야 합니다.

3. 고속 스위칭 회로

위에서 설명한 기본 스위칭 회로를 고속 스위칭이 가능하도록 한 회로입니다

기본적으로는 위에서 설명한 회로와 같지만 위의 회로는 수 10 kHz 정도로

그이상의 고속 스위칭 동작을 할 수 없으며 트랜지스터를 OFF 하려고 해도

일정시간동안 전류가 계속 흐르게 됩니다.

그 이유는 베이스에 과잉 캐리어가 쌓여 있기 때문이지만 빠르게 움직이는

자동차를 갑자기 멈출 수 없는 것과 비슷한 이유라고 생각하면 됩니다.

베이스에 흘리는 전류를 멈추어도 베이스에 캐리어가 쌓여 있으므로 전류가

갑자기는 멈추지 않습니다. 이것을 해결하기 위해서는 베이스에 쌓인 캐리어를

고속으로 제거하고 과잉 캐리어 쌓이지 못하도록 해야 합니다.

베이스에 쌓인 캐리어를 신속히 제거하기 위해서 베이스에 직렬로 콘덴서를

삽입합니다. 콘덴서는 급격한 전압변화가 있을 때 전류가 흐르는 성질이

있기때문에 트랜지스터가 OFF 하는 순간에 베이스에 역전류를 가하여

쌓여있는 캐리어를 제거하게 되어 고속 ON/OFF 가 가능합니다. 이 콘덴서의

값은 수백 pF 대에서 증감 하면 좋을 것이다.

4.코일부하의 스위칭 트랜지스터를 사용한 스위칭 회로로서 릴레이나 모터와 같은 코일 부하를

스위칭 할 때 사용하는 회로입니다.

기본적으로 위에서 설명한 것과 같지만 위와 같은 회로를 갖고 코일을

ON/OFF 하면 트랜지스터가 망가질지도 모릅니다. 코일에 흐르고 있던 전류를

갑자기 멈추면 매우 높은 역전압이 발생한다는 것은 중학생들도 알고 있는

사실입니다. 이러한 역전압이 트랜지스터의 최대정격을 초과하게 되면

트랜지스터가 어떻게 될지는 말할 필요가 없겠지요. 이러한 역전압은 상당히

높기 때문에 인접한 다른회로에 아주나쁜 영향을 주기 때문에 트랜지스터가

충분히 견딘다고 해도 반드시 억제해야 합니다.

역전압의 발생을 억제하기 위해 코일을 포함하는 부하를 ON/OFF 할 경우에

부하 양단에 역 방향으로 다이오드를 연결하는 버릇을 갖도록 하는 것이

중요합니다.

그리고 베이스에 직렬저항을 삽입하는 것도 잊지 말아야 하며 릴레이나 모터는

비교적 큰 전류가 흐르지만 대전류를 흘릴 수 있는 트랜지스터는 대개 Hfe 가

낮기 때문에 베이스에 흘리는 전류를 크게해야 합니다. 이런 회로에서는

베이스 저항을 수백 Ω 정도로 하는 것이 좋습니다.

연산 증폭기의 기본 설계법

연산 증폭기는 OP AMP(Operational Amplifier)라고도 하며 아날로그 신호를

증폭하기 위한 기본적인 의 IC 입니다．이 연산 증폭기와 디지탈 IC（A/D

변환기등）를 능숙하게 조합시켜서 사용하면 다양한 응용이 가능해지고 드디어

전자공작이 재미있은 것이 될것입니다.

여기에서 설명하는 내용중 Electronics 의 기초에서 설명한 내용과 중복되는

면이 있으나 여기서는 연산 증폭기의 기본적인 사용법과 회로 설계법에 관하여

설명하겠습니다.

연산 증폭기의 기본 연산 증폭기의 기본을 그림으로 나타낸다면 아래그림과 같이 되고 두

개의 차동입력 핀과 하나의 출력핀이 있으며 ，전원 공급용 핀이 두 개

있습니다.

기본적인 동작은 두입력 단자간 전압의 차이를 증폭하여 출력하는 것입니다.

차동입력의 ＋입력측 전압이 높으면

출력도 ＋로 되고 －입력측 전압이

높으면출력은 -로 됩니다．

그러나 이렇게 하면 증폭도가

무한대에 가까운 크기가 되기 때문에

차동입력 전압이 있으면 출력은 ＋

또는 －의 최대치로 되어 실용적으로

사용할 수 있는 증폭기로 작동하지

않습니다.

그러나 증폭도가 무한대에 가깝다는 것이 큰메리트이며 이것은 부궤환을

걸어주면 실용적인 증폭기로 합니다.

반전 증폭회로 반전 증폭회로는 기본적인 부궤환 회로를 실현한 회로이며 아래 그림과 같이

됩니다.

이것은 입력에 비하여 극성이 바뀌어 출력되기 때문에 반전 증폭회로라

부릅니다

부궤환을 실현한

기본회로로서 반전

증폭회로라 하며

R2 를 이용하여 부궤환을

걸고 있습니다.

이 회로에서는 출력으로부터 저항 R2 를 통하여 －입력측으로 신호가

돌아오도록 되고 있으며 이것을 궤환 (Feedback)이라고 말합니다． 또한

돌아오는 전압의 극성이 반대가 되어 있기 때문에 부궤환 (負軌還 ; Negative

Feedback)이라고 부릅니다．

연산 증폭기의 증폭도는 무한 대에 가깝기 때문에 차동입력에 조금이라도

차이가 있면 출력으로 나타나게 됩니다, 그러나 출력은 -입력측으로

피드백되기 때문에 출력이 나오지 않게 됩니다. 즉 부궤환은 차동입력의

전압차이를 상쇄시키는 작용을 하여결과적으로 연산 증폭기의 차동입력을 항상

동일한 전압이 되도록 동작 하는 것이며 이것을 가상단락 이라하여

연산증폭기를 이해하는데 기본이 되는 특성 입니다.

이 가상단락은 두입력이 실제로 접속되어 있지 않지만 두입력단자간 전위차가

없기 때문에 적속되어 있다고 가정하고 회로를 간략화 하면 아래 그림과 같이

되어 저항의 비만으로 증폭도가 결정되는 것입니다.

A 점에 가상접속되어 있다고 한면 양방향 전류의

합은 0 이 되기 때문에 그림에서 표시한 식과

같이 되고 연산 증폭기의 증폭도(A)는

A = -(R2 / R1) 가 되는 것입니다.

이것이연산 증폭기의 최대 메리트로，증폭도가

저항의 비만으로 정해지기 때문에 설계하기가

상당히 쉬워지는 것입니다.

비반전 증폭회로 아래그림과 같이 입력과 출력이 동일한 극성이 되도록 부궤환 회로를 구성하면

비반전 증폭회로가 됩니다. 이 때는 입력과 출력이 동일한 극성으로 되기

때문에 실제로 사용하기 쉬운 회로가 됩니다．

위의 반전 증폭회로는 차동

입력의 극성이 반대인 것에

주의해야 하지만 비반적

증폭회로는 동일 극성이기

때문에 사용하기

편리합니다.

이 회로를 가상단락 특성을 이용하여 회로를 간략화하면 다음그림과 같이 생각

할 수 있습니다．

이 그림을 보면 동작 특성을 쉽게 이해 할 수

있습니다. 이것은 가상단락 특성과 무한대의 이득을

가정한 것입니다

그림에서 보듯이 Eout 를 R1 과 R2 로 분압한 것으로

되어 이회로의 증폭도 (A)는

A ＝ １＋ R2 / R1

로 됩니다．

연산 증폭기의 규격 연산 증폭기 회로를 설계할 때는 다음과 같은 것에 특히 주의해서 설계해야

합니다.

1. 전원 전압 범위 (Supply Voltage Range)

사용 가능한 전압 범우ㅏ를 말하는 것으로 일반적인 연산 증폭기는

±５V 에서 ±１５V 까지 사용할 수 있지만 그 범위를 벗어나서

사용하려면

데이터 쉬트를 확인해야 합니다.

2. 이득 대역폭 (Gain-Bandwidth)

전압 증폭도가 １이 되는 주파수를 말하는 것으로 이 값과 주파수 특성

그래프로부터 사용할 수 있는 최대 주파수를 알 수 있습니다.

3. 최대 출력전압 (Output Swing)

전원 전압까지 출력 할 수 있는 것이 이상적이지만 실제로는 전원 전압

범위보다. 조금 적은 전압까지 밖에 출력되지 않습니다. 따라서

전원전압을 ±１５V 로 사용한다고 해서 출력도 ±１５V 까지

나오리라고 생각하면 안 됩니다.

4. 단일전원으로 사용 가능한가 ?

일반적인 연산 증폭기는 ±의 두종류 전원을 필요로 하지만

단일전원으로 동작하는 연산 증폭기도 있기 때문에 필요에 따라 적당한

것을 선택하여 사용할 필요가 있습니다.

실제 연산 증폭기에는 상기 이외에 많은 특성이 있으므로 데이터쉬트를 자주

접하는 것이 중요합니다.

다음 그림은 연산 증폭기의 주파수

특성을 그래프화 한 것으로

LMC662 의 데이테쉬트에서

발췌한것입니다.

그림으로 부터 알 수 있는 것은

증폭도가１(0dB）일때는

1.4MHz 까지 사용할 수 있지만

증폭도가 20dB 일때는 100KHz

정도까지밖에 사용할 수 없는 것을

알수있습니다.

저주파 증폭회로의 설계 직류에서부터 10KHz 이하의 신호를 증폭하는 회로를 말하며 이러한 회로는

A/D 변환을 위해 센서신호등 미소한 전압을 증폭하거나 디지탈 회로에서 검출

가능한 전압으로 증폭하는데 사용됩니다.

위에서 설명 한 것처럼 두종류의 기본 회로가 있지만 디지탈 회로의

입력으로는 통상 비반전 증폭회로를 많이 사용합니다.

또한 디지탈 회로와 전원을 공용할 수 있도록 하면 전체 회로가 간단해 지기

때문에５V 단일 전원용 연산 증폭기를 사용합니다．

이러한 것들은 Rail-to-Rail 이라 해서 출력전압도 거의 전원전압 근처까지

출력됩니다. 수 10KHz 이하에서 사용하는 저주파 증폭기라면 주파수특성은

별로 신경쓰지 않아도 될 것입니다.

위 회로가 기본적인 회로이며 R1 과 R2 는 차동입력이 균형이 잡히도록 동일한

값을 사용하며 증폭도(A)를 조정 할 수 있도록 가변저항 R4 를 사용했습니다．

각 저항의 결정 방법은 먼저 R1 과 R2 를 정하며 R2 는 단지 균형을 잡기 위한

것으로 증폭도에는 에는 영향을 주지 않습니다．

R1,2 는 입력에 사용하는 센서등이 요구하는 부하저항으로 정해야 하지만

대체로 수 KΩ 이 일반적인 값입니다. 일반적인 연산증폭기의 입력 임피던스는

상당히 큰 값（10 의 12 승정도）이므로 무시할 수 있습니다．

다음은 필요한 증폭도(A)에 따라（R3+R4）을 결정합니다．

R3 과 R4 의 비율은 증폭도의 조정 범위를 어느 정도로 할 것인가에 따라

결정하면 되지만 너무 넓은 조정범위로하면 가변저항을 정확하게 조정하기

어려워지기 때문에 보통 １０％∼３０％정도의 범위로 하는 것이 좋습니다.

비교회로의 설계 직류에서부터 저주파 신호의 크기를 비교하여 그에 따른 신호를 디지탈 회로에

전달하기 위한 회로를 비교기 또는 콤퍼레이터(Comparator)라 합니다.

연산 증폭기를 최대 증폭도로 사용하여 차동입력의 차이를 증폭하는 것에 불과

하지만 증폭도를 적당한 감도로 하는 것이 필요하며 이러한 기술이 필요하며

그것이 정궤환 (Positive Feedback)을 이용하는 방법입니다．

이 회로는 슈밋트리거 회로 또는 히스테리시스 회로라고도 불리고 있으며

기본적인 회로 구성은 다음 그림과 같습니다.

이 회로에서 기준전압 Et 가 비교의 기준이 되며 출력전압을 R2 와 R3 로

분압한 전압이 히스테리시스 전압이 되어 출력을 반전시키기 위한 입력전압은

기준전압보다 히스테리시스 전압 만큼 크거나 작아야 하며 히스테리시스 전압

(Eh)는

Eh ＝（ Eout － Et ）× R3 ／（R2 + R3）로되며 이것은 노이즈에의한

오동작이나 미세한 전압차로 비교회로가 동작하여 불안정하게 되는 것을 방지

할 수 있습니다．

실제의 R1, 2, 3 값의 결정 방법은 R1 과 R3 은 균형을 맞추기 위해 동일한

값으로하며통상 수 KΩ 을 사용하고 히스테리시스를 어느 정도로 할 것인가에

따라 R2 를 정하지만 보통 히스테리시스는 수 １０ｍV 이하로 하는 것이

좋습니다.

비교기의 실제회로 실례로 ５V 단일전원을 사용하여 입력전압을 １V 와 비교하는 회로를 생각해

봅니다.먼저 기준전압인 １V 는 전원전압을 저항으로 분압해 만드는 것으로

하겠습니다.

사용할 IC 는 「LM393」로서 이 IC 의 출력은 오픈 컬렉터로 되어 있고 출력의

풀업 저항이 필요해지지만 비교 회로를 ５V 보다 높은 전압에서 동작 시키고도

다음단에 디지탈 IC 를 전압을 맞출 필요없이 바로 사용할 수있어서

편리합니다．

실용 회로는 다음 그림과 같이 할 수 있습니다

위 회로를 보면 12K 와 3K 의 저항으로 5V 를 분압하여 １V 를 만들어서

기준전압으로 사용하고 있습니다. 보다 정밀한 기준전압을 만들려면

제너다이오드나 기준전압 발생기를 사용해야 하겠지만 여기서는 저항을

이용하였으나 전원전압만 안정되어 있으면 별 무리 없이 사용할 수 있습니다.

여기에서 히스테리시스는 출력전압이 ５V 일 때 수 10ｍV 정도가 되도록 10KΩ

과

１MΩ 으로 １／１００로 하고 있습니다．

결과로서 출력이 １→0 이 될때는 약 40mV，0→1 이 될 때는 약 10mV 의

히스테리시스로 됩니다

연산 증폭기의 기초

회로도 기호 연산 증폭기는 삼각형에 3 개의 단자가 붙어있는 기호로

표시합니다．그림에서 우측이 출력 단자이며 죄측 2 개는 입력

단자입니다．입력에는 +입력과 -입력이 있으며 어느쪽이 위이고

어느쪽이 아래인지는 정해진 것이 아니고 회로를 그리는 사람의

기호에 따라 정해집니다.

이 밖에에 전원 단자나 오프셋 조정, 위상 보상등 섬세한 조정용

단자나 고도의 기능을 제공하는 단자가 나와 있는 경우도

있습니다．전원 단자를 그릴때는 기호의 상하에 오프셋등은

경사면의 상하에 표시하는 경우가 많습니다. 그러나 이또한

표시방법이 정해진 것은 아니며 상황에 따라 적당히 표시하면 될 것입니다.

기본적인 동작 보통 증폭기라하면 입력된 신호를 크게(입력의 몇배)하여 출력하는 것을

말합니다．연산 증폭기도 그와 다를바 없는 증폭기의 일종입니다．

단지 연산 증폭기에는 +입력과 -입력이 있고 양쪽 입력의 전위차를 증폭하여

출력합니다．전압을 입력하여 전압을 출력하는 전압 증폭기로서 증폭도가 극히

높은 특징이 있습니다. 일반적인 연산 증폭기라도 10000 배 정도의 증폭도를

갖고 있으며 이것을 연산 증폭기의 OPEN LOOP VOLTAGE GAIN 이라하여

AV 로 나타냅니다．

Vout = (V+ - V-) AV

여기서 Vout 은 출력 전압，V+는 +입력단자 전압，V-는 -입력단자 전압，AV 는

연산 증폭기 자체의 증폭도(최대 10000 배 정도)로 됩니다.

연산 증폭기의 전압 증폭도는 매우 높기 때문에 그대로 전압 증폭기로서

사용할 수 없습니다. 왜냐하면만일 입력 전위차가 0.1V 라면 계산상 출력은

100v 가 나와야하는데 이거이 블까능합니다. 즉 증폭기가 포화되어 사용할 수

없는 것입니다.

그 때문에 연산 증폭기를 증폭기로서 사용려면 부궤환이라고 하는 방법을

이용합니다．부궤환을 이용한다면 아무리 높은 증폭도라도 원하는 증폭도로

설정할 수 있습니다. 또한 부궤환이 걸려 있는 연산 증폭기 회로에서는 반드시

입력 전위차가 항상 0 이 되는 현상이 일어납니다 (실제로는 출력 전압의

1/AV 의 전위차가 나타나지만 관측할 수 없을 정도로 작다)．이것을

가상쇼트라하여 모든 연산 증폭기 회로를 설계한 때의 황금율이

됩니다．역으로 말하면 입력에 전위차가 나타나는 경우는 어떠한 이상으로

인하여 부궤환이 작동하지 않는 경우입니다．

V+≒ V-

가상쇼트라고 해도 실제로 쇼트된것이 아닙니다．두입력 단자의 전위차가 0 에

가까워지기 때문에 밖에서 본면 쇼트된것으로 보이는 것이지만 두입력 단자

사이에는 대부분 전류가 흐르지 않습니다．실제로는 연산 증폭기의 입력

단자는 등가적으로 매우 높은 저항이 연결되어 있기 때문에 입력 단자는

전류가 흐르지 않습니다. 이것은 연산 증폭기의 중요한 성질중 하나입니다．

이상을 정리해보면 부궤환을 걸은 연산 증폭기는 다음과 같은 중요한 성질이

있습니다.

• 입력 단자간 전위차는 제로

• 입력 단자에는 전류가 흐르지 않는다.

이러한 관계를 기억하여 두면 연산 증폭기의 회로를 해석 할 수 있게 됩니다．

스스로 연산 증폭기 회로를 설계할 수 있게 되기 까지는 다소 시간이 걸릴지도

모릅니다. 그렇지만 그것은 연산 증폭기나 전자회로만 그런 것이

않입니다．스스로 설계할 수 있게 되기 위한 가장 가까운 길은 남들이 앞서

만들었던 회로를 잘 이해하는 것입니다. 그런취지에서 이 Web 페이지에서는

특히 잘 알려져 있는 연산 증폭기 회로를 소개하고 있습니다.

이 상 다 이 오 드 회 로

기 본 회 로

보통 다이오드는 순방향 전압이 0.6 V 정도

이상되지 않으면 전류가 흐르지 않습니다. 그

때문에 다이오드로 정류하면 0 V 부근에서

변형되는 현상이 발생합니다. 이상 다이오드

회로는 연산증폭기를 사용해 다이오드의 변형

부분을 감쇄시켜 충실한 정류작용을 하혀

이상적인 다이오드를 만드는 회로입니다.

이 회로는 다이오드를 추가한 반전 증폭기의 결점을 보완하기 위하여 다이오드

하나를 더 추가하여 다이오드가 OFF 할 경우 출력도 OFF 해 버리는 결점을

보완한것으로 이상 다이오드로 불리는 반파 정류회로입니다.

이회로에서 입력 전압 Vi 가 플러스일때 연산증폭기의 출력은 마이너스가 되어

출력되지 않지만 이때 D1 이 ON 되어 R2 을 통해서 출력 단자로 역전류가

흐르게됩니다. 그 때문에 이때의 출력 impedance 는 R2 의 값이 됩니다.

이회로에 사용하는 저항 R1 이나 R2 의 값은 통상 반전 증폭기의 설계시와 같고

1 k 에서 100kΩ 정도의 값이 현실적입니다.

회로의 출력이 플러스로부터 마이너스로 혹은 마이너스로부터 플러스로 바뀔때

고속 동작이 요구되기 때문에 고속 연산증폭기를 사용하는것이 좋습니다.

또한 다이오드의 방향을 바꾸어 이상 다이오드의 방향이 바뀐 회로를 구성할

수도 있습니다.

지금까지 회로는 반전 증폭기를 활용한것이로 회로의 출력이 반전되므로

조심해야 합니다. 비반전증폭회로에 다이오드를 넣어도 이상 다이오드를 만들

수가 있습니다. 이 경우는 비반전 동작을하는 이상 다이오드가 됩니다.

R1 은 회로의 출력이 High impedance 가 되지 않게 하는 풀다운 저항으로

100kΩ 정도의 값이면 좋을 것입니다.

이 회로에서 다이오드의 방향을 바꾸면 이상 다이오드의 방향을 바꿀 수

있습니다.

적 분 회 로

기 본 회 로

연산 증폭기의 궤환 저항 대신 콘덴서를 넣으면 적분회로를 만들 수 있습니다.

이 회로는 입력 전압을 시간에 적분하고 출력하는 회로로 신호 처리 회로에서

매우 잘 쓰여집니다．

동 작 이 회로의 동작을 푸는 방법은 보통 2 가지가 있으며 하나는 미분 방정식을

이용하여푸는 방법이고, 또 하나는 라플라스 변환을 이용하고 푸는

방법입니다．일반적로 라플러스 변환을 이용하는 방법이 간단하지만

한번정도는 양쪽 방법 모두 풀어보는 것이 좋을 것입니다

미분 방정식을 이용한 방법

출발점은 회로의 각 부분 전압이나 전류，콘덴서의 전하량을 미분식으로

기술한 것입니다．연산 증폭기에 가상쇼트를 가정하면 -입력 단자 전압은 0V

이기 때문에 입력 전류는 Vi / R1 이 되며 이 전류는 콘덴서에

충전됩니다．전류를 I 라고 하면 콘덴서의 전하는 Q = ∫ I dt 로 되고 출력

전압은 콘덴서의 전하 Q 를 콘덴서의 용량 C 로 나눈값이 됩니다. 이것을

수식으로 정리하면

I = Vi / R1

Q = ∫Idt

Vout = -Q / C1

이 되며 이것을 풀면

Vo = -∫(1 / C1 R1) * Vi(t)dt

로 됩니다

라플라스 변환

(Laplace

Transformation)은 선형

미분방정식을 풀거나

라플라스 변환 (Laplace Transformation)을 이용한 방법

반전 증폭기의 식

제어회로의 전달함수를

구할 때 많이 사용되는

수학적 방법으로서

이방법을 사용하는 이유는

미분방정식이

대수방정식으로 바뀌어

쉽게 풀리며 회로의의

특성을 분수함수 형태의

전달함수로 나타낼 수

있어서 수학적으로

처리하기가 쉬워지기

때문입니다.

Vo = - ( R2 / R1) Vi(t)

에서 R2 대신 C1 이 들어갔기 때문에 C1 의 임피던스를 sC1 으로하여 R2 부분에

대입해 하면

Vo = - (1 / sC1 R1) Vi (s)

로 됩니다．이것을 라플러스 역변환 이지만 성실하게 적분을 해보건，라플라스

변환표를 보건 다좋지만 그냥 이렇게 기억 하는것도 좋을 것입니다．

Vo = -∫ (1 / C1R1) * Vi(t)dt

또한 1/s 을 라플라스 변환한다면 ∫ 가 됩니다．

용도 무엇에 사용한 것인가

• 아날로그 컴퓨팅에 사용합니다．예를 들면 PID 제어 회로의 적분기로서

쓰여집니다．

• 사인파에서 코사인파를 만들어 낼 수 있습니다．

• -20dB/dec 의 주파수 특성을 갖고 있습니다．즉，주파수가 높은 입력을

감쇠시키는 작용이 있기 때문에 필터를 만들 수 있습니다．

• 적분기를 2 개 사용하는 것으로 아날로그적으로 ∫dt∫xdt + A∫xdt + Bx = C

의 회로를 만들 수가 있으며 이것은 적분형태로 쓰고 있지만 미분

방정식입니다. 미분 방정식의 파라미터 A, B, C 를 적당하게

설정(A=0)하면 미분 방정식의 해는 단진동이 되며 이것은 싸인파를

발진 시킬 수 있다는 것을 의미하는 것입니다. 이 회로로 만든 발진

회로는 기생발진이 적은 특징이 있습니다. 그 이유는 기생발진의 성분은

고조파인데 적분을 2 회나 하고 있으므로 -40db/dec (-12 db/oct

라고도 한다)의 감쇠에 의해 고조파 성분의 기생발진이 발생 하기

어렵기 때문에입니다

주 의 사 항 적분기로 사용하는 경우 콘덴서의 누설 전류에 주의하지 않으면

안됩니다．어떤 콘덴서라도 약간의 누설전류가 있습니다．특히 알루미늄 전해

콘덴서등은 누설전류가 많은 콘덴서로서 유명합니다．누설전류가 많으면

적분한 전류가 누설되어서 올바른 적분이 될 수 없습니다．그 때문에 장시간

적분은 곤란합니다．누출이 적은 콘덴서로 폴리프로필렌 콘덴서가 있지만

그래도 장시간의 적분은 곤란합니다．6800pF 의 폴리프로필렌 콘덴서에

15V 의 전압을 충전하면 콘덴서 속의 전하량은 102nC 입니다．이 콘덴서에

누설이나 연산 증폭기의 바이어스로 1nA 의 전류가 흘렀다면 약 2 분후면 전부

방전됩니다.

그래도 장시간의 적분을 해야겠다면 입력 바이어스 전류가 적은 CMOS 입력

타입의 연산 증폭기를 선택하는 것이 좋습니다.최근에는 pA 나 fA 클래스의

연산 증폭기도 입수할 수 있습니다．fA 클래스의 연산 증폭기를 입수할 수

있어도 프린트 기판에 부착한 이물질에 의하여 pA 정도의 전류는 쉽게 흐를

수 있습니다. 그 때문에 연산 증폭기의-입력 단자를 테플론 단자로 하거나

알코올로 세척하는등 미소 신호 측정 기술이 필요해집니다．

그러나 단시간 적분이나 적당한 적분으로 좋은 것이라면

전해 콘덴서나 일반적인 납땜으로도 충분합니다.

또한 적분 시작 타이밍을 주기 위해서 콘덴서의 양단을

스위치로 쇼트하여 콘덴서의 전하를 0 으로 하면 적분의

시작 타이밍이 됩니다．FET 를 사용한 전자 스위치를

사용하는 경우도 있지만 기계적 스위치의 경우는 스위치에

직렬 저항이 들어갑니다.이것은 콘덴서의 전하를 급속히

방전시키면 콘덴서의 수명이 짧아지는 것을 막고 스위치

접점의 수면도 연장하기 위한 것입니다. 아무리 적은 용량의 콘덴서라도 100Ω

정도의 저항을 넣는 버릇을 붙입시다．

개량된 적분 회로

적분회로의 직류 증폭율은 무한 대 이지만 이회로는 직류 증폭율을

제한하기위해 콘덴서에 병렬에 저항을 넣은 회로입니다.

동작을 생각해보면 역시 laplace 변환을 사용하여 생각하는 것이 편합니다.

반전 증폭 회로의 식에서 궤환 저항이 R2 와 C 의 병렬 병렬이므로

impedance 는 R2//(1/sC)가 됩니다. 즉

(R2 / sC) / (R2 + 1 / sC)

이되며 이식을 정리하면 R2 / (1 + sCR2)가 되어 결국 이회로의 증폭율은

(R2 / R1) / (1 + sCR2)

가 됩니다. 주파수가 매우낮으면(s = iω =0) 이 회로는 반전증폭회로의 특성과

일치하며 주파수가 매우높으면(ω→∞) 분모 무한 대가 되어 주파수가 높을

수록 감쇠가 커집니다.

이회로의 동작은 적분과 증폭이 혼합된 형태로 동작합니다. 어떤 주파수

이하에서는 단순한 앰프로 작동하지만 어떤 주파수 이상에서는 적분회로가

됩니다. 그 주파수는

fC = 1 / (CR2)

로 결정되며 주파수 특성을 그래프로 표시하면 다음과 같이 됩니다.

회로의 전달 특성은 CR 회로로된 일차 저역필터(lowpass filter)와 같은 형태를

하고 있으며 그출력은

VO = Vi / (1 + sCR)

이 되나 CR 필터에서는 증폭을 할 수 없지만 이 회로에서는 증폭을 할 수

있는특징이 있습니다.

이 회로를 CR lowpass filter 대용으로 사용하는 경우도 있습니다. CR 필터는

출력 임피던스가 높은 단점이 있지만 이 회로의 출력 impedance 는

연산증폭기의 특성으로 매우 낮아집니다. 또한 CR 필터와는 달리 회로가

분리되기때문에 다음단에 어떤 회로가 연결되는 적분기 이전 회로에

아무영향도 없습니다.

또한 보통 반전증폭회로에서 고역의 이득을 감쇄시키기 위하여 궤환저항에

콘덴서를 병렬로 넣는 예를 많이 보게 되는데 이것은 불필요한 신호의 증폭을

피하거나 발진을 억제하는데 효과가 있기 때문에입니다.

전 류 미 러 회 로

NPN TR 을 이용한 회로

NPN 트랜지스터를 사용한 전류 미러 회로입니다. 좌측 트랜지스터에 흐른

전류와 같은 전류가 우측 트랜지스터에도 흐릅니다. 콜렉터 단자를 통해서

전류를 검출하고 출력 합니다.

전류 검출 회로로 사용되는 것 외에도 차동 증폭기와 함께 사용해

연산효증폭기의 성능을 올리는데 사용됩니다. 마치 거울에 비춘 것처럼 왼쪽

트랜지스터와 같은 전류를 흘리므로 Current Mirror 라고 불리고 있습니다.

이 회로는 엄밀하게 따지면 같은 전류가 흐르지 않습니다. 그것은

트랜지스터의 베이스에도 전류가 흐르기 때문입니다. 트랜지스터의 Hfe 가

충분히 크다고 가정하면 대부분의 경우는 베이스

전류를 무시할 수 있습니다.

이 회로를 개별적인 트랜지스터로 만들면

온도변화나 각 트랜지스터의 특성이 다르기

때문에 같은 트랜지스터를 많이 구입한후

선별하여 사용해야 합니다. 그런데 두개의

트랜지스터를 하나의 페키지로 만들면 온도를

동일하게 할 수 있으며 특성도 거의 같게 할 수

있을것입니다.

어느 정도의 차이는 이미터에 넣은 저항으로

어떻게든 맞출 수 있겠지만 가능하면 페어

트랜지스터를 사용하고 싶은 곳입니다. 페어

트랜지스터는 같은 성능의 트랜지스터가 하나의

패키지로 만들어서 열결합도 좋기 때문에 전류 미러에는 안성맞춤입니다.

2SC3381 정도면 가격도 싸고 편리하겠지요. 페어 트랜지스터를 사용할

경우에는 이미터에 들어가는 저항을 생략 할 수 있습니다.

회로의 간략화

이 회로의 왼쪽 트랜지스터는 다이오드로 사용되고

있으므로 우측 트랜지스터와 같은 용량의

다이오드로대체 할 수 있습니다. 예를 들어

2SC1815 와 1S1588 을사용해도 좋습니다.

PNP TR 을 이용한 회로

PNP 트랜지스터를 사용한 전류 미러 회로입니다.

기본적인 동작은 NPN 트랜지스터를 사용한 회로와

동일 합니다. 페어 트랜지스터로는 2SA1349 정도면

좋을 것 같군요.

2SA1015 와 1S1588 을 이용하여 오른쪽 그림처럼

회로를 간략화 할 수 있습니다.

전류-전압 변환회로

연산증폭기를 사용한 전류-전압 변환 회로입니다.

포토 다이오드 신호의 취급처럼 매우 미약한 전류를 변환하기 위해서

사용됩니다. 그 때문에 실장에도 세심한 주위가 필요합니다.

회로의 동작 이 회로의 입력은 전류이며 출력은 전압입니다.

들어 온 전류는 모두궤환 저항을 통해서 연산증폭기의 출력측으로 흐릅니다.

아니 모두 흘러 주기를 기대하고 있습니다. 이 전류를 I 라고 하면

궤환저항은 R 이므로 연산증폭기의 출력 측에는 -I × R 의 전압이

발생합니다.

Vo = -I × R

회로의 용도 전류를 측정하고 싶을 때는 저항에 전류를

흘려 그 양단전압을 측정하는 것이 일반적인

방법이며 수 mA 이상의 전류를 측정할때는

그런데도 좋지만, 마이크로 암페어나 나노

암페어 또는 피코 암페어의 전류를 측정하려고

할때는 그방법은 잘

되지 않습니다.

그래서 이

연산증폭기를

사용한 전류-전압

변환 회로가 등장하는 것입니다.

이 회로가 가장많이 사용되는 곳은 포토

다이오드의 출력을 측정하는 것입니다. 포토

다이오드의 원리는 태양전지와 같은 것이지만

전류모드와 전압모드 2 종류의 사용법이 있습니다.

전압모드에서는 확실히 태양전지로서 사용하는 방법으로 입사빛의 강도에

따른 전압이 발생합니다. 다만 미약한 빛에서는 입사강도와 발생전압이

비례하지 않는 결점이 있지만 응답이 빠른 이점도 있습니다.

포토 다이오드를 전류모드로 사용할때는 역 바이어스 전압을 걸어

사용합니다. 바이어스 전압은 12 V 정도면 좋을 것이며 역전압이므로 전류는

거의 흐르지 않지만 빛이 입사하면 빛의 강도에 비례한 전류가 흐릅니다.

미약한 빛에서는 흐르는 전류도 적기

때문에 감도가 좋은 전류-전압 변환회로가

필요하게 됩니다.

또한 이 회로는 저항값을 전압으로

변환하는 회로에도 사용 할 수 있습니다.

제너다이노드나 기준 전압 IC 로 만든

기준전압으로부터 미지의 저항을 통해서

들어온 전류를 전압 으로 변환하여 미지의 저항값을 측정할 수 있습니다.

전류와 저항값의 관계가 반비례하므로 사용하기 어려울지도 모르지만

궤환저항을 미지저항으로 하는 것은 회로상 별문제가 없지만 궤환부분은

민감해서 외부로 인출하여 사용하는 것은 좋지 않습니다.

연산증폭기의 선정 사용하는 연산증폭기는 입력 바이어스 전류가 작은 것을 사용해야 합니다.

나노 암페어의 전류를 측정하는데 입력 바이어스 전류가 마이크로

암페어이면 측정할 수 없습니다. 반드시 2∼3 자리수 작은 품종을

선택합니다. 최근에는 피코 암페어이하의 연산증폭기도 드믈지 않습니다.

실장시 주의사항 미약한 전류를 측정하는 회로인 만큼 실장에도 세심한 주의가 필요합니다.

예를 들어 손때로 더러워진 기판이나 부품은 나노 암페어의 전류는 쉽게

누설됩니다. 미소 전류를 측정하는 회로에서는 알코올 세정을 반드시

하느것이 좋으며 손때로 더러워지지 않은 깨끗한 기판이라해도 인접한

신호선으로부터 전류가 누설되거나 유도될 수도 있으며 그로인해에

측정결과가 달라지게 됩니다.

이 때문에 우측 그림처럼 가이드 링이라는

기판패턴으로 보호하는 것이 많습니다. 그라운드에

접속된 가이드 링으로 보호하면 링의 밖에서

안으로 전류가 흐르지 않게 됩니다. 다만

측정하려는 전류가 그라운드로 누설될 수 있으므로

가이드 링

뿐만 아니라 기판에 가늘한 구멍을

뚫고 공기를 사용하여 누설전류를

차단하는 방법을 사용하면 좋습니다.

누설전류를 줄이고 싶은 경우 테프론

단자를 사용하면 효과적입니다.

테프론 단자 주위는 물론 가이드

링을 만들고 연산증폭기의 비반전

입력 단자와 테프론 단자는 공중

배선합니다. 이렇게 하면 누설전류를

대부분 차단할 수 있습니다.

전 류 제 한 회 로

NPN 트랜지스터를 2 개 사용한 전류제한 회로입니다. 이것은 TR1 에

흐르는 전류를 제한하는 회로로 아날로그 IC 나 디지탈 IC 안에

사용되는 것 외에 전원회로나 제어장치등에 폭넓게 사용할 수 있습니다.

이 회로는 전류 제한의 기본회로이며 응용범위가 넓습니다.

TR2 가 없으면 보통 이미터 접지 증폭 회로입니다. 이 경우는 TR1 의

베이스에 흐르는 전류의 Hfe 배의 전류가 TR1 의 콜렉터에 흐릅니다.

TR2 가 있으면 TR1 의 이미터에 흐른 전류가 R1 에의한 전압강하를

일으켜 TR2 의 베이스에 공급되며 이 전압은 TR1 에 흐르는 전류에

비례하지만 충분히 작으면 TR1 에는 아무런 영향도 없습니다.

그러나 약 0.6 V 를 넘으면 TR2 의 콜렉터-이미터간이 ON 되어 TR1 의

베이스에 흘러야 할 전류가 TR2 로 흐르게 됩니다. 이 현상이 일어나는

조건은

I * R1 > 0.6 [V]

가 되어야 합니다.이회로에서 TR1 에 흐르는 전류는 0.6 / R1 [A]를 넘을

수 없기 때문에 전류 제한 회로라 합니다.

보통 이런 회로에서는 TR1 에 파워 트랜지스터를 사용하며 R1 에는

0.1Ω 에서부터 수 Ω 의 저저항을 사용하며 저항값을 적적히 선택하면

원하는 전류이상 흐르지 못하도록 할 수 있을 것입니다.

전압-전류 변환 회로

NPN TR 을 이용한 회로

NPN 트랜지스터를 사용한 전압-전류 변환 회로입니다. 이것은 마이너스

전압을 전류로 변환하는 V-I 변환 회로입니다. 이 회로는 플러스 마이너스 2

전원을 사용하는 시스템으로 취급하고 있지만 마지막 부분에 플러스 입력

전압이나 단일전원에서 동작 시키는 방법을 소개할 것입니다.

트랜지스터의 베이스가

그라운드에 접속되어 있기 때문에

이미터는 그것보다 약 0.65 V

낮은 -0. 65V 전위가 됩니다. 이

회로가 정상적으로 동작하고 있을

때는 반드시 이 관계가

성립됩니다.

이미터에 연결된 저항에 입력 전압을 가합니다. 이 전압을 Vi [V]라고 하며

저항의 한쪽이 Vi[V]이고 다른 한쪽이 -0.65V 이므로 이 저항(R1)에는

- (Vi - 0. 65) / R1 [A]

의 전류가 흐릅니다. 전류의 방향은 트랜지스터로부터 저항을 통하여

입력측으로 흐릅니다. 그런데 이 전류는 어디에서 공급되는 것일까요?

베이스가 아닙니다. 이미터에 흐르는 전류의 대부분은 콜렉터에서 공급되며

베이스에는 대략 그 1/(1+Hfe) 배 밖에 흐르지 않습니다. 그 대신 콜렉터로부터

전류를 흡입하는 것이므로 콜렉터에 충분한 전류를 공급 할 수 있는 플러스

전원이 필요하게 됩니다. 이 회로는 전류로 결과를 출력을 합니다.

다시 한번 동작을 정리하면 입력 전압-Vi[V] (＜0.65V) 가 가해졌을 때 -(Vi-0.

65) /R1 의 이미터 전류가 흐르며 그 Hfe/(1+Hfe) 배 (거의 1 에 가깝다)의

전류를 콜렉터로부터 흡입합니다.

- Ic = - (Vi - 0. 65) / R1 * Hfe / (1 + Hfe) 전압 레벨 변환 이 회로는 전압 레벨 변환 회로에도 사용할

수 있습니다. 전류를 흡입하는 형태로

출력되지만 여기에 저항을 잇고 그로인한

전압강하를 사용해 입력전압에 비례한

전압을 꺼낼 수 있습니다.

Vout = VCC - Ic * R2

마이너스 전압을 플러스 전압으로 쉬프트

하는 회로를 만들 수 있다고 기뻐하고 싶은

곳이지만 그것은 베이스 접지 회로로 불리는 전압 증폭기입니다. 베이스 접지

회로는 초보자들이 어렵게 생각하고 지나치기 쉽지만 여기서 설명하는 것을

차례로 이해 해 나가면 그리 어렵지는 않습니다.

기준 전압의 변경 위에서 설명한 회로는 베이스를

그라운드에 고정하고 있으므로 양전원이

필요하게 되어서 그다지 많이 사용되지

않습니다. 저항 분할로 만든 전압을

베이스에 가하면 중심 전압을 변경할 수

있습니다. 우측 그림과 같은 회로에서

VCC * R3 / (R2 + R3) - 0. 65 [V]

를 기준으로 하여 입력 전압과의 차이를

저항값으로 나눈 전류를 출력 합니다. 이런 회로는 단일전원에서도 동작 시킬

수 있습니다.

PNP TR 을 이용한 회로

PNP 트랜지스터를 사용한 전류-전압 변환회로니다. 이것은 플러스 전압을

전류 로 변환하는 V-I 변환 회로입니다. NPN 트랜지스터를 이용한 회로와

기본 동작원리는 동일합니다

트랜지스터의 베이스가 그라운드에 접속되어 있기 때문에 이미터는 그보다 약

0.65 V 높은 +0. 65V 가 됩니다. 이 회로가 정상적으로 동작하고 있을 때는

항상 이 관계는 성립합니다.

이미터에 연결된 저항을 통하여 입력 전압 Vi [V]를 가합니다. 저항의 한쪽은

Vi[V]이며 다른쪽은 +0. 65V 이므로 이 저항에는

(Vi - 0. 65) / R1 [A]

의 전류가 흐릅니다. 전류가 흐르는 방향은 입력으로부터 저항을 통하여

트랜지스터로 흐릅니다. 그런데 이 전류는 어디로 흘러 가는 것일까요?

베이스가 아닙니다. 이미터에 흐르는 전류는 대부분 콜렉터로 흐르며

베이스에는 대략 그 1/(1+Hfe) 배 밖에 흐르지 않습니다. 그 대신 콜렉터에서

전류출력하고 있기때문에 콜렉터에는 마이너스 전위를 가진 회로를 연결해야

합니다.

다시 한번 동작을 정리하면 입력 전압 Vi[V] (＞0.65V)가 가해졌을 때 (Vi-0.

65) /R1 의 이미터 전류가 흘르고 그 Hfe/(1+Hfe) 배(거의 1 에 가깝다)의

전류가 콜렉터로 출력됩니다.

Ic = (Vi - 0. 65) / R1 * Hfe / (1 + Hfe) 전압 레벨 변환 이회로는 전압 레벨 변환 회로에도 사용할

수 있습니다. 전류를 흡입하는 형태로

회로의 출력이 되는 것이지만 여기에 저항을

잇고 그로인한 전압강하를 사용해 전압을

꺼낼 수 있습니다.

Vout = VCC - Ic * R2

플러스 전압을 마이너스 전압으로 쉬프트

하는 회로를 만들 수 있다고 기뻐하고 싶은

곳이지만 그것은 베이스 접지 회로로 불리는 전압 증폭기입니다.

기준 전압 변경 이 회로는 베이스를 그라운드에 고정하고

있으므로 양전원이 필요하게 되어 사용하기

쉽지 않습니다. 저항 분할로 만든 전압을

베이스에 가하면 중심 전압을 변경할 수가

있습니다. 오른쪽 그림과 같은 회로는

VCC * R3 / (R2 + R3) + 0. 65 [V]

를 기준으로 하여 입력 전압과의 차이를

저항값으로 나눈 전류를 출력 합니다. 이런

회로라면 단일전원에서 동작하는 V-I 변환 회로를 간단하게 만들 수 있습니다.

전원회로의 설계법

실험용이나 취미로 사용하는 전원은 비교적 용량이 작아서 소형으로 됩니다.

전자회로의 모든 에너지는 전원으로부터 공급되기 때문에 전원의 좋고

나쁨에따라 동작의 안정성이나 정밀도가 좌우되는 경우가 많으므로 중요한

요소중 하나입니다. 여기에서는 전원회로의 설계방법에 관하여 설명합니다.

정전압 전원의 특징 안정화 전원의 방식으로는 크게 시리즈 레귤레이터 방식과 스위칭 레귤레이터

방식으로 구분되며 다음과 같은 특징이 있습니다.

시리즈 레귤레이터 시리즈 레귤레이터의 구성

시리즈 레귤레이터의 기본 구성은 위 그림과 같으며 실험용으로서 사용하는

경우 보호회로를 생략하는 경우도 있습니다.

시리즈 레귤레이터의 특징

• 효율이 나빠서 발열이 심하며 방열이 필요해지기 때문에 크기가 크고

무겁다.

• 상용 전원주파수를 사용하기 때문에 트랜스가 크고 효율이 나쁘다

• 노이즈가 상당히 적으며 리풀이 비교적 적다

• 구성이 간단하여 설계가쉽다

스위칭 레귤레이터 스위칭 레귤레이터의 구성

스위칭 레귤레이터의 기본 구성은 아래 그림과

같습니다

일반적인 회로는 시리즈 방식보다 복잡하지만 최근에는 전용 ＩＣ를 이용하여

부품 수도 많이 줄어서 간단해지는 추세입니다. 그 때문에 아마추어라도

간단하게 스위칭 방식의 전원을 만드는 것이 가능해지고 있습니다．

스위칭 레귤레이터의 특징

• 전력 변환효율이 좋기 때문에 발열이 적으며 소형 경량으로 할 수 있다

• 높은 주파수로 변환하기 때문에 트랜스가 소형화되며 효율이 높다.

• 스위칭 잡음이 있기 때문에 노이즈 대책이 필요하다.

• 리풀이 비교적 많다

• 회로가 복잡하고 설계하기 어렵지만 최근에는 전용 ＩＣ가 많이

개발되고 있으서 비교적 쉽게 만들 수 있게 됐다．

이와 같은 특징을 감안하면 취미나 실험용 전자회로를 취급할때는 시리즈

레귤레이터 쪽이 취급하기 쉽기 때문에 시리즈 레귤레이터의 설계에 관하여

설명합니다．

정류 평활 회로 안정화 전원에 반드시 포함되는 필수 구성 요소로서 상용 교류전원

(AC220V)을 낮은 직류 전압（수 V ~ 수십 V)으로 만들기 위한 회로입니다.

먼저 트랜스를 사용하여 AC220V 전압을 낮은 전압으로 변환한후 이것을

다이오드로 정류하여 직류（정확하게는 맥류）로 변환합니다．

그 다음단에 콘덴서를 사용한 평활회로를 이용하여 깨끗한 직류로 변환하면

일딘 직류전원으로 사용할 수 있게 됩니다.

정류 회로는 트랜스와 다이오드를 조합하는 방법에따라 종류가 있으며 그중

대표적인 것의 특징은 다음과 같습니다.

반파 정류 회로 반파 정류회로의 구성과 출력 파형은 다음 그림과 같이

됩니다．

입력 AC100V 의 파형

정류 직후의 파형

평활후의 맥류파형

（부하가 있을 때)

위 파형과 같이 다이오드의 작용으로 교류의 반 사이클 동안 출력전류를

흐르게 하면서 콘덴서에 충전합니다．출력하지 않는 반 사이클동안은

콘덴서에 충전되었던 전력이 출력됩니다. 공급되는 교류전원의 반밖에 활용할

수 없기 때문에 효율이 나쁘며 출력 파형도 맥류로서 리풀이 많습니다．

양파 트랜스를 이용한

전파 정류 회로

센터탭이 있는 트랜스를 이용한 전파정류회로의 기본 구성은 다음과

같습니다.

이 회로 동작은 반파 정류회로가 두개 붙어있는 것과 같으며 다음 그림처럼

반파정류회로에서는 사용하지 않았던 나머지 반사이클을 동일한 극성으로

만들고 있습니다. 따라서 효율도 그 만큼 좋아지고 리풀전압도 반으로

줄어듭니다

정류 직후의 파형

평활후의 파형

브리지형 전파 정류 회로 전파정류회로의 또다른 방법으로 다이오드 ４개 조합시켜서 실현할 수

있습니다. 이 경우에는 트랜스에 센터 탭이 불필요하게 되어 트랜스를 소형화

할 수 있으며 기본회로는 다은과 같이 되고 출력파형은 기본적으로는 상기

전파정류회로와 똑같이 되지만다이오드에 의한 전압강하가 두배가 되는 것만

다르게 됩니다.

또한 센터탭이 부착된 트랜스를 사용하면 하나의 브리지 다이오드로 플러스

마이너스 양전원을 출력하도록 할 수 있습니다. 이 때는 다이오드의

전압강하도 １개 분으로 되며 효율이 좋은 전원회로를 만들 수 있습니다．

전파 정류 회로의 설계 여기에서는 제작하기 쉬운우며 많이 사용되는 ３ 단자 레귤레이터를 이용한

전원회로의 설계방법을 설명합니다. 이 방식은 어디까지나 실용적인

간이설계로 정확성은 좀 떨어지지만 정밀한 회로가 아니라면 충분히 실용적인

것입니다．

트랜스및 콘덴서 용량 결정 트랜스 및 콘덴서의 용량을 결정하는 요소는 다음과 같습니다.

• 직류출력전압 ： Vout

• Regulator 의 최저 입출력 전압차 ＝ ３Ｖ

• 리플 전압

• 다이오드 드롭전압（２개분）＝ ２Ｖ

이들을 고려해서 필요한 출력 전압과 전류로부터 산출한 용량을 다음표에

정리하였습니다. 이 표로부터 트랜스 및 콘덴서의 용량을 결정하며 전해

콘덴서도 이값 이상으로 표준치의 것을 선택합니다．

트랜스의 전압 및 콘덴서의 내압

Vout 3.3V 5V 12V 15V

Vac 5.6V 7.1V 13.4V 16.1V

C1 내압 10V 16V 25V 35V

출력에 따른 콘데서의 용량

Vac：트랜스 출력 전압 Iac：트랜스 출력 전류

Vout：직류 출력 전압 Io ：직류 출력 전류

Io 100mA 200mA 0.5A 1A

Iac(A) 0.16 0.32 0.8 1.6

C1 (μF)

3.3V 1800 3300 10000 22000

5V 1200 2200 6800 12000

12V 680 1200 3300 6800

15V 470 1000 2200 4700

레귤레이터의 선정 고정전압 출력형 3 단자 레귤레이터는 다음과 같은 종류가 있으므로 적당한

것을 선택하면 될것입니다.

사용시 출력전류가 상한값을 초과하지 않도록 해야하며 출력전류 ×

드롭전압으로 구해지는 손실을 초과하지 않도록 해야 합니다. 경우에 따라서

방열기를 붙여야 하는 경우도 있습니다.

보호 회로 부품의 추가 3 단자 레귤레이터를 사용할때는 다음과 같은 보호회로가 필요합니다.

• 발진 방지용 콘덴서

0.01μＦ 정도의 세라믹 콘덴서를 레귤레이터 출력단에 가급적이면

레귤레이터 가까이에 전해 콘덴서와 함께 접속해 주어야 합니다.

• 역 부하시 보호용 다이오드

만일 입력이 없고 출력 측에서 전압을 가했을 때 레귤레이터가

파괴되지 않도록 정류용 다이오드를 레귤레이터의 입출력 사이에

역방향에 접속합니다．（상기 회로도 참조）

정 전 류 회 로

정전류 회로 1

N 채널 JFET 를 사용한 것으로 잘 알려진 정전류

회로입니다. 이것은 회로 위에서 아래로 흐르는

전류를 일정하게 제어합니다. N 채널 JFET 에는

그림과 같은 특성이 있습니다. N 채널 JFET 는

소스·게이트간의 전압 VGS 에 의해

드레인·소스간에 흐르는 전류를 제어할 수 있는

소자이지만 통상의 증폭 회로는 게이트 전위를

소스 전위보다 낮게 해 사용합니다. VGS 가

0V 일때 드레인 전류는 최대전류(IDSS)가 됩니다.

즉 게이트와 소스를 접속한 상태에서는 IDSS

이상의 전류는 흐르지 않으며 전원 전압이 충분하다면 IDSS 이하의 전류도

흐르지 않습니다. 이 특성을 적극적으로 이용해 정전류 회로를 만들 수

있습니다.

IDSS 의 값은 동일한 품번의 FET 에서도 큰 격차가 있으며 온도변화에 따라

변하기 때문에 정확한 전류설정은 어렵지만 가격이 싸기 때문에 많이

이용됩니다. 이 회로는 정확한 전류의 설정보다는 전류를 일정한 값으로

제한하는 회로라고 생각하는 편이 알기 쉬울지도 모릅니다.

정전류 회로 2

기본적으로 정전류 회로 1 과 동작 원리는 같지만 소스에 저항이 들어가

있어서 소스·게이트간 전압만큼 ID 가 감소하며 ID=VGS/R1 의 관계가 있어

이것들은 FET 의 VGS-ID 곡선으로부터 구할 수가 있으나 컷 앤드 트라이로

시험하는 것도 방법입니다.

결과적으로 이 회로는 소스에 저항이 들어가 있지 않은 정전류 회로 1 보다

흐르는 전류가 작아집니다. 실제로는 수백 Ω 정도의 저항을 넣지만 반고정

저항으로 하는 경우도 있습니다.

VGS-ID 곡선은 온도에 의해 변화하지만 잘 보면 온도에 의해 변화하지 않는

포인트가 있으며 반고정 저항을 사용해 이 점에 전류를 설정하면 온도 변화에

강한 정전류 회로를 만들 수가 있습니다.

정전류 회로 3

P 채널 JFET 를 이용한잘 알려진 알려진 정전류

회로이며 회로의 위에서 아래로 흐르는 전류를

일정한 값으로 제어합니다. P 채널 JFET 에는

그림과 같은 특성이 있습니다. P 채널 JFET 는

소스·게이트간의 전압 VGS 에 의해

드레인·소스간에 흐르는 전류를 제어할 수 있는

소자지만 통상의 증폭 회로는 게이트 전위를 소스

전위보다 높게하여 사용합니다.

VGS 가 0 V 일때 드레인 전류는 최대의

전류(IDSS)가 됩니다. 즉 게이트와 소스를 접속한

상태에서는 IDSS 이상의 전류는 흘릴 수 없으며 전원 전압이 충분하다면 IDSS

이하의 전류도 흐르지 않습니다.이 특성을 적극적으로 이용해 정전류 회로를

만듭니다.

IDSS 의 값은 동일한 품번의 FET 에서도 큰 격차가 있으며 온도변화에 따라

변하기 때문에 정확한 전류설정은 어렵지만 가격이 싸기 때문에 많이

이용됩니다. 이 회로는 정확한 전류의 설정보다는 전류를 일정한 값으로

제한하는 회로라고 생각하는 편이 알기 쉬울지도 모릅니다.

정전류 회로 4

기본적으로 정전류 회로 3 과 동작 원리는 같지만 소스에 저항이 들어가

있어서 소스·게이트간 전압만큼 ID 가 감소하며 ID=VGS/R1 의 관계가 있어

이것들은 FET 의 VGS-ID 곡선으로부터 구할 수가 있으나 컷 앤드 트라이로

시험하는 것도 방법입니다.

결과적으로 이 회로는 소스에 저항이 들어가 있지 않은 정전류 회로 3 보다

흐르는 전류가 작아집니다. 실제로는 수백 Ω 정도의 저항을 넣지만 반고정

저항으로 하는 경우도 있습니다.

VGS-ID 곡선은 온도에 의해 변화하지만 잘 보면 온도에 의해 변화하지 않는

포인트가 있으며 반고정 저항을 사용해 이 점에 전류를 설정하면 온도 변화에

강한 정전류 회로를 만들 수가 있습니다.

정전류 회로 5

트랜지스터를 사용한 정전류 회로의 기본입니다. 이 회로에서는 트랜지스터는

일정한 전류를 흡입하는 기능을 합니다. 물론 콜렉터에 전압이 인가되지

않으면 전류는 흐르지 않지만 VCC 로부터 저항 부하를 콜렉터에 연결하면

전류가 흐릅니다.

동작 원리는 다음과 같이 되어 있습니다.

VB=VCC*R2/(R1+R2)

VE=VB-VBE

IE=VE/R3

IE=IC+IB

IB=IC/hfe

트랜지스터의 hfe 는 매우 크기 때문에 IB 는 거의 흐르지 않기 때문에 IC 와

IE 는 거의 같은 값이 됩니다. 또 IE 는 VE 와 R3 로 정해지지만 VE 는 VB 보다

약 0.65 V 낮은 값이 되어 있습니다. 작은 베이스 전류를 무시하고 생각하면

VB 는 전원 전압을 R1 와 R2 로 분압한 값입니다.

이러한 관계를 이용하여 R1, R2, R3, VCC 를 정하면 콜렉터에 흐르는 전류를

일정하게 할 수 있습니다.

이 회로는 VCC 전압이 변하면 콜렉터 전류도 변화 하는 결점이 있지만

가단하게 정전류 회로중를 만들 때 사용할 수 있습니다.

정전류 회로 6

트랜지스터를 사용한 좀 정확한 정전류 회로의 기본입니다. 이 회로에서는

트랜지스터는 일정한 전류를 흘리는 기능을 합니다. 물론 콜렉터에 전압이

없으면 전류는 흐르지 않습니다. VCC 로부터 저항성 부하를 콜렉터에 연결하여

부하에 일정한 전류가 흐르도록 합니다.

동작 원리는 다음과 같이 되어 있습니다.

VB=Vz(제너 전압)

VE=VB-VBE

IE=VE/R2

IE=IC+IB

IB=IC/hfe

트랜지스터의 hfe 는 매우 크기 때문에 IB 는 거의 흐르지 않습니다. 그 때문에

IC 와 IE 는 거의 같은 값으로 되고 IE 는 VE 와 R2 로 정해지지만 VE 는

VB 보다 약 0.65 V 낮은 값으로 됩며 VB 는 zener diode 로 정해지는

전압입니다.

이러한 관계를 이용하여 Vz, R2 를 결정하면 콜렉터에 흐르는 전류를 일정한

값으로 할 수 있습니다.

이 회로는 VCC 전압이 다소 흔들려도 콜렉터에 흐르는 전류는 변동이

없습니다. 다만, zener diode 의 노이즈나 온도계수 문제를 고려해야하며

정밀한 용도에는 적합 하지 낳습니다. 좀 더 정밀한 정전류 회로를 원하면

제너 다이오드 대신 기준전압 발생 IC 를 사용하면 좋지만 기준전압을 너무

정밀하게 하면 온도변화에 따른 문제를 고려해야만 합니다. 이 회로의 콜렉터

전류는 트랜지스터의 VBE( 약-2mV/의 온도 의존성이 있음)로 정해지기

때문에 온도보상 회로를 강구하지 않으면 않됩니다.

또한 전원 전압이 변동하여 zener diode 에 흐르는 전류가 변동하면 zener

diode 양단 전압도 약간의 변화가 있습니다. 이것을 해결하기 위해서는 zener

diode 를 저항으로 드라이브하지 말고 FET 를 이용한 정전류 회로를 이용하여

드라이브 하면 좋을 것입니다.

정 전 압 회 로

정전압 회로 1

zener diode 를 사용한 널리 알려진 정전압 회로입니다. 이 회로의 아래쪽을

그라운드로 하여 전원으로부터 수 kΩ 의 저항을 삽입시켜 제너다이오드의

음극에 전류를 흘리면 다이오드의 음극측 전압이 일정하게 유지됩니다.

이 회로에는 몇가지 주의해야 할 점이 있습니다. 우선 zener diode 는 아주큰

전위차를 가지는 디바이스로 넓은 주파수 영역에서 큰 노이즈를 발생

시킵니다. 일정한 전압이라 하더라도 노이즈가 기생하고 있어 정전압

회로로서는 적당치 않으며 노이즈를 잡기 위해서 콘덴서를 붙입니다. 이

콘덴서는 적층 세라믹 0.1 uF 정도면 되며 여유가 있으면 수백∼수킬로 오옴의

저항과 수 μF 의 탄탈 콘덴서로 lowpass filter 를 붙이는 것도 좋습니다.

zener diode 는 온도계수가 복잡한 소자입니다. 온도 계수는 제너전압에 따라서

다르지만 5.6 V 의 zener diode 는 온도 계수가 0 이 된다고 합니다.

zener diode 를 사용하는 것보다도 좀 더 고정밀도로 온도에 좌우 되지 않는

기준 전원을 만들기 위해서 전용의 IC 가 많이 판매되고 있으며 대표적인

것으로 LM385 등이 있습니다. 이것들은 하나의 IC 이지만 사용법이 zener

diode 와 같으므로 zener diode 의 기호를 사용하는 것이 보편화 되었습니다.

온도 안정성을 중시한다면 LM399 와 같은 히터가 내장된 기준전원 IC 를

사용하는 것도 한 방법이며 이것은 히터가 내장 되어 있어 내부온도를

일정하게 하므로 외부의 온도변화에 영향을 밭지 않습니다.

정전압 회로 2 기본적인 정전압 회로이며 zener diode 에 의한 일정한 전압을 트랜지스터로

버퍼링하여 출력 합니다.

동작 원리

zener diode 에 의하여 전압이 결정되며제너다이오드를 사용할 때는다음과

같은 점을고려 해야 합니다.

• 5 V 부근의 zener diode 는 온도 변화의 영향을 받기 어렵다.

• zener diode 는 일반적으로 노이즈가 많이 발생하며 전압이 높아지면

노이즈도증가한다. 따라서 10 V 전압이 필요하면 5 V 제너를 2 단으로

사용하는 편이 노이즈면에서 유리하다.

• 제너에 흘리는 전류가 커지면 노이즈는 줄어든다.

제너전압을 사용해 대전류 전원을 사용하고 싶을때 이 회로를 사용할 수

있습니다. 트랜지스터의 베이스·이미터간 전압 0.65 V 를 고려해 제너의 전압은

필요한 전압보다 0.65 V 높게 설정해 둡니다. 다만 트랜지스터의 VBE 는-

2mV/의 온도계수가 있으므로 정밀한 용도에서는 온도변화의 영향이 문제가

될 수 있습니다.

제너에 전류를 공급하는 저항은 수백 Ω 에서 수 10kΩ 까지 사용 할 수 있으며

전류를 많이 흘리면 노이즈는 작아지지만 제너의 최대소비전력은 정해져

있으므로 너무 많은 전류를 흘리면 파손 될

수 있으므로 주의 해야 합니다.

전원 전압의 변동에 따른 제너 전압의 변동을

억제 하려면 그림과 같이 정전류 회로로

제너를 드라이브 합니다.

본격적인 정전압 전원을 만들려면

이 회로는 VBE 나 온도 드리프트의 문제가 있으며 본격적인 전원을 만들기

위해서는 제너전압과 출력전압을 OP-AMP 로 비교하고 출력으로 트랜지스터를

드라이브하는 회로가 될 것입니다.

제너 다이오드를 잘 사용하려면

1. 제너 다이오드의 기본 Zener diode 는 정전압이나 기준전원을 얻기 위해서 자주 사용되는 소자입니다.

여기에서는 zener diode 를 사용할때 주의해야 할 점을 간단하게 소개합니다.

Zener diode 는 보통 다이오드와는 달라 역방향으로 전압을 걸어 사용합니다.

보통 다이오드도 역방향으로 30 V 이상의 전압을 걸면 갑자기 전류가 흐르게

됩니다.

이것을 제너 효과라고 하며 zener diode 는

이러한 현상이 비교적 낮은 전압에서도

일어나도록 하기 위하여 반도체에 혼합하는

불순물의 양을 조정한 것입니다. zener

diode 에 역방향으로 전압을 가하면

급격하게 전류가 흐르는 원인은 두가지

있습니다. 하나는 터널 효과에 의한

제너·breakdown 이며 또 하나는

애벌란시·breakdown 입니다. zener

diode 는 이 두가지 효과를 같이 이용하고

있습니다. 비교적 낮은 전압의 zener

diode 에서는 제너·breakdown 쪽이

지배적이며 비교적 높은 전압의 zener diode 에서는

애벌란시 breakdown 효과를 많이 이용하고 있습니다.. 5 V 부근의 zener

diode 에서는 각각이 적당한 비율로 혼합하여 사용합니다.

※ 애벌란시 현상 : 반도체 중의 캐리어가 강한 건계로 가속되면, 그 에너지로

궤도에서 가전자를 끌어내어 새로운 캐리어를 만든다. 그 캐리어가 또한

가속되어 같은 동작을 반복하여 전류가 눈사태 처럼 증가하는 현상

2. 온도 특성 터널 효과는 부의 온도 계수를 가지고 있으며 애벌란시 효과는 정의 온도

계수를 가지고 있습니다. 그 때문 zener diode 의 온도 특성은 제너전압에 따라

크게 다릅니다.

5 V 부근에서는 터널 효과와 애벌란시 효과가 비슷한 비율로 작용하기 때문에

온도계수가 서로 상쇄되어 온도가 변화에 의한 제너전압의 변화는 거의

없습니다.

3. 노이즈 zener diode 는 노이즈를 많이 발생 시키는 소자의 일종입니다. 발생하는

노이즈는 일반적으로 제너전압에 비례하며 zener diode 에 흘리는 전류에

반비례합니다. 예를 들어 30V 의 전압이 필요한 경우에 30V 의 zener diode 를

사용하지 않고 15V zener diode 2 개를 직렬로 사용하면 노이즈를 줄일 수

있습니다.

4. 드라이브 방법 zener diode 는 안정화 전원이나 기준 전압을

만드는데 자주 사용됩니다. 불안정한

전원으로부터 안정된 전압을 만들어 내는

중요한 역할을 하는것입니다. 불안정한

전원으로부터 저항등을 통해 zener diode 에

전류를 흘리면 원래 전원의 불안정함이 약간

남아 있으나 그림처럼 정전류 회로를 통해

zener diode 에 전류를 흘리면 특성이 좋은

안정된 전원을 얻을 수 있습니다.

정전류 회로는 등가 impedance 가 거의

무한대이므로 불안정한 전원과 zener diode 를 전기적으로 분리해 줍니다. 그

때문에 zener diode 는 원래 전원의 불안정한 영향을 받지 않고 안정된 전압을

공급해 주게 됩니다.

5. 임피던스 임피던스는 제너전압과 전류에 따라 큰 차이가 있습니다. 예를 들어 5V zener

diode 에 1 mA 의 전류를 흘렸을 때에 임피던스는 100Ω 이지만 10 mA

흘리면 7Ω 까지 내려갑니다.

차 동 증 폭 회 로

NPN TR 을 이용한 회로 트랜지스터를 사용한 차동 증폭 회로입니다. 두개의 입력 전압 차이를

증폭하여 출력 합니다. 이것은 모든 연산증폭기의 기본이 되고 있으며 초고속

디지탈 논리(ECL)를 이해하는데 있어서도 중요합니다. 그러므로 제대로 이해해

둡시다.

두 트랜지스터의 이미터가 결합되어 있다는 점을 주목할 필요가 있습니다.

이미터에는 정전류 회로가 GND 에 연결되어 있습니다. (양 전원을 사용할 때는

마이너스 전원에 연걸한다). 그 때문에 두 트랜지스터에 흘릴 수가 있는

전류의 합은 결정되어 있습니다.

I = i1 + i2

만약 이 회로의 j 트랜지스터가 한쪽 밖에 없다면 어떻게

될까요 ?. 보통 이미터 접지 증폭 회로와 비슷하고 동작도

보통 이미터 접지 증폭 회로와 거의 동등합니다. 양쪽

트랜지스터에 흘릴 수 있는 전류는 일정하며 정전류

회로에 의해 임의적으로 정해진 값입니다.따라서 한쪽

트랜지스터에 많은 전류를 흘리면 다른쪽은

줄어들것입니다 시소나 줄다리기 와 같습니다.

두개의 트랜지스터가 줄다리기를 하고 있으므로 동시에

전류가 증가하거나 감소 할 수 없으며 어떠한 원인으로든

두개의 트랜지스터에 흐르는 전류에 차이가 생길 경우 그

차이가 저항의 전압강하로 나타납니다.

그런데 트랜지스터의 베이스에 흐르는 전류는

베이스·이미터간 전압 VBE 의 지수함수 에 비례합니다.

콜렉터 전류는 베이스 전류에 비례하기 때문에 결국

콜렉터 전류는 베이스·이미터간 전압 VBE 의 증가와 함께

증가합니다.

VBE 는 일정하지 않다고 생각할 수도 있습니다. VBE 는 거의 0.65 V 이지만

가하는 전압에 의해 약간의 변화가 생깁니다. 두 트랜지스터에서 VBE 의

차이가 있으면 콜렉터 전류의 차이가 되어 회로의 출력이 됩니다.

주 의 점

두 트랜지스터에서 VBE 의 차이를 출력으로

꺼내지만 VBE 에 차이가 생기게 하는 요인은

입력 전압의 변화만이 아닙니다. 온도

드리프트라고 하여 반도체의 PN 접합은 약-

2mV/의 온도 특성을 가지고 있습니다.

그 때문에 두 트랜지스터의 온도가

다르면 그에따른 VBE 의 변화에따라

출력으로 나타납니다.

이것은 몹시 귀찮은 문제입니다. 같은

트랜지스터에서도 각각특성의 차이가 있기

때문에 2SC1815 등을 사용해 차동 증폭기를 만들

때는 두개의

트랜지스터를

그림처럼 붙여서 사용하면 온도변화의 영향을

줄일 수 있습니다. 또한 경우에 따라서는 여러개의

트랜지스터에서 특성이 같은것을 선별하여 사용할

필요가 있을지도 모릅니다.

이럴때 편리한 것이 2SA1349 나 2SC3381 과

같은 페어 트랜지스터입니다. 두개의 트랜지스터가

하나의 패키지로 되어 있으므로 특성도 거의 같고

온도 결합도 좋습니다.

연산 증폭기의 정전류원이나 전류 미러로 많이

사용됩니다.

차동 증폭기로 사용할 때 증폭도의 결정은 이미터에 저항으로 합니다. 한쪽의

전압 증폭율은

A = 0.5 * R1 / R3

처럼되며 이미터 증폭 회로의 반으로 됩니다. 반이 되는 이유는 이 회로가

차이를 증폭하는 회로이기때문입니다.

부품의 생략

• 이 회로는 두개의 입력과 두개의 출력이 있습니다. 차동으로 입력해

차동으로 출력 합니다. 그렇지만 한쪽 출력만 필요하다면 콜렉터 저항은

삭제해도 상관없습니다. 왜냐하면 이 회로는 이미터 접지로서 사용되고

있지만 이미터의 접지를 기준으로하는 교류 임피던스( impedance)는 0

이므로 콜렉터 저항은 뭐든지상관 없습니다. 이미터 저항을 넣지 않으면

증폭율이 트랜지스터의 한계로 결정됩니다..

• 만약 입력 전압의 전위차가 매우 작고 이미터의 전위의 변동이 작다면

정전류 회로는 수십 킬로 정도의 저항으로 대체 할 수 있지만 이런경우

성능은 떨어집니다.

PNP TR 을 이용한 회로 PNP 트랜지스터를 사용한 작동 증폭 회로입니다. 두개의 입력 전압의 차이를

증폭해 출력 합니다.

PNP 와 NPN 의 차이가 있지만 기본적으로는 위에서 설명한 것과 같습니다.

회로의 각부 전위의 관계가 바뀌지만 기본 동작이론은 같습니다.

전위 관계나 정전원의 전류 방향만 달라지;며 나머지는 기호의 차이로

구분하여 사용합니다.

FET 를 이용한 회로 FET 를 사용한 차동 증폭 회로입니다.

트랜지스터와 FET 의 차이가 있지만 기본적으로는 위에서 설명한 것과

같습니다. 바이폴러 트랜지스터에서는 베이스·이미터간 전압 VBE 를

생각하지만 FET 에서는 게이트·소스간 전압 VGS 를 생각합니다. FET 는 게이트

전압에 따른 드레인 전류를 흘리는 것으로 원리적으로 같습니다. 다만

VGS 의 값을 0.65 V 정도라고 결정해 버릴 수 없습니다. FET 에는 JFET,

MOSFET(인한스먼트), MOSFET(디프렉션)의 종류가 있고 VGS 는 각각

달라지지만 전위차를 변경하는 것만으로 어느것이든 똑같이 사용할 수

있습니다.

트랜지스터를 사용한 차동증폭기는 바이어스 전류라하여 미약한 베이스 전류가

흐르지만 FET 는 게이트에 전류가 거의 흐르지 않습니다. 그 때문에 바이어스

전류가 거의 제로이므로 고입력 impedance 의 차동증폭기를 만들 수가

있습니다.

그러나 FET 하나에서 증폭 할 수 있는 증폭도가 바이폴러 트랜지스터에 비해

낮고 잡음이 다소 많아지는 결점이 있습니다.

듀얼 FET 는 2SJ109 과 2SK389 등이 편리합니다.

차 동 증 폭 기

차동 증폭기의 기본회로 차동증폭기는 두 입력 전압의 차이를 해서 증폭해 줍니다. 그런 의미에서

연산증폭기 자체가 차동증폭기이지만 여기서 소개하는 차동증폭기는 증폭도를

자유롭게 설정 할 수 있으며 연산증폭기 1 개로 구성 할 수 있기때문에 간단한

차동증폭이 필요할때 아주 적당한 회로입니다. 다만 이 회로는 몇가지 결점도

가지고 있으므로 주의해 주십시요.

이 회로를 이해하기위해서 이전 페이지에서 설명한 반전 증폭기의 오프셋

부분을 출발점으로 생각하면 좋을 것이다.

Vo = V+ - (R2 / R1) (V-IN - V+)

이 식에서 V+의 성분과 V-IN 성분을 정리하면

= V+ (R1 + R2) / R1 - V-IN (R2 / R1)

가되며 이 회로의 경우 V+단자에 V+IN 의 전압을 저항 R3 과 R4 로 분압한

전압이 가해지고 있습니다. V+단자는 전류가 흐르지 않는것으로 되어 있기

때문에 반전 증폭기의 오프셋 전압으로 생각하면 될 것이며 V+는 분압된 입력

전압 V+IN(R4 / (R3+ R4))가 됩니다. 따라서

VO = V+IN (R3 / (R3 + R4)) ((R1 + R2) / R1) -V-IN (R2 / R1)

가 되는데 이 식을 간단하게 하기 위해서 R1 = R3, R2 = R4 로 회로를 설계하면

복잡한 곳이 서로 상쇄되어

VO = (R2 / R1) (V+IN - V-IN)

가 됩니다. 즉 두개의 입력 신호 전압 V+IN 와 V-IN 의 차이를 R1 = R3 과 R2 =

R4 의 비로 설정한 증폭도로 증폭하여 출력 합니다.

반드시 R1 = R3 과 R2 = R4 회로를 설계해야하는 것은 아니지만 그렇게하는

것이 계산하기 쉬워서 일반적으로 많이 사용됩니다.

사 용 예 • 보컬이 들어간 스테레오 음악을 입력하여 오른쪽 신호와 왼쪽 신호의

차이를 검출하면 신기하게도 음성이 사라지고 배경음악(BGM)만

출력됩니다. 그것은 대다수의 음악에서 보컬은 좌우 채널이 같은

음량으로 들어가기 때문입니다. 가라오케를 처음만들 때 이런방법을

사용하여 한때 크게 유행했습니다.

• Twisted Pair 선으로 전송되어 온 신호를 싱글 엔드로 복원할 때 차동

증폭기를 사용하므로써 Common Mode 노이즈를 제거핳 수 있습니다.

• 그라운드에서 분리된 부분(그라운드를 기준으로 하지 않는)의 전위차를

측정할 수 있기 때문에 센서를 사용한 계측에 사용합니다.

문 제 점 이 회로를 +신호 입력측에서 보면 비반전 증폭 회로가 되며 -신호

입력측에서 보면 반전 증폭 회로가 됩니다. 이러한 것은 반전 증폭기와 비반전

증폭기의 결점을 모두 겸비한 회로가 될 수 있습니다.

• 구체적으로 말하면 반전 증폭 회로의 문제로서 입력 임피던스가

낮습니다. 반전 증폭 회로의 입력 임피던스는 저항 R1 의 값이 되며

이것은 크게 잡아도 100 kΩ 정도이므로 입력 임피던스를 높게 할 수

없습니다.

• 비반전 증폭 회로의 입력 임피던스는 저항 R3 과 R4 의 합이 되며 이

값은 증폭도와도 관련되기 때문에 마음대로는 결정할 수 없습니다.

• 비반전 증폭기는 동상입력 전압 범위의 문제가 있습니다. 간단하게

말하면 ±15 V 로 동작하고 있는 연산증폭기의 +입력 단자에 -14.9 V 를

입력하면 오동작을 하기 때문에 비반전측 입력 전압 범위에 한계가

있습니다.

• 이것은 좀 다른 문제이지만 저항값의 오차를 생각해야합니다. R1 = R3 과

R2 = R4 라는 조건이 성립해야 하며 이 관계에 오차가 있으면 정확한

입력차이를 검출할 수 없습니다. 이 문제 때문에 고정도의 금속 피막

저항을 사용하거나 어레이 저항 또는 네트웍 저항을 사용해야 할

필요도 있습니다.

• 증폭도를 변경하려면 아주 귀찮아 집니다. 증폭도를 바꾸고 싶을 때는

4 개 저항의 비를 유지한 채로 변화 시키지 않으면 안되며 그에따라

임피던스도 변화합니다.

이러한 이유때문에 미소 신호의 측정이나 센서신호의 계측 목적으로

사용하기가 쉽지 않습니다. 이 회로에 넣는 신호원은 연산증폭기의 출력으로

하거나 출력 임피던스가 낮은 것으로 해야 할 것이며 증폭도도 고정해서

사용해야 합니다. 주로 연산증폭기를 사용한 아날로그값의 연산시에 사용하면

좋을 것입니다.

계측을 할 때는 주로 인스트르멘테이션 앰프 라는 것을 사용하게 됩니다.

임피던스 개선 기본적인 차동증폭기의

입력 임피던스를 개선한

회로입니다. 연산증폭기

2 개를 사용하지만

동상입력 전압 범위의

문제는 여전히 존재

합니다.

연산증폭기 하나로 실현된 차동증폭기는 몇가지 문제가 있었습니다. 그 중

입력 임피던스를 개선한 것입니다. 각각의 입력이 연산증폭기의 +입력 단자에

직접 연결되어 있기 때문에 이 회로의 입력 임피던스는 연산증폭기의 입력

임피던스가 됩니다. 이것은 매우 노픈 입력 임피던스를 갖게 되는 것입니다.

우선 하나의 연산증폭기 출력전압 VM 을 구해보면, 비반전 증폭기로 되기

때문에

VM = (1 + R2 / R1) V-IN = (R1 + R2) / R1 V-IN

이 됩니다. 후단의 연산증폭기를 보면 V+ 에 오프셋이 더해진 반전 증폭기 가

되어 있습니다. 물론 오프셋이 V+IN 신호이며 입력은 VM 으로 되어 있습니다.

따라서 출력전압은

VO = V+IN + (V+IN - VM) R4 / R3

= V+IN (R3 + R4) / R3 - V1R4 / R3

입니다. 식을 간단하게 하기 위해서 R1=R4 R2=R3 라고 하면

VO = (V+IN - V-IN) (R1 + R2) / R2

이가 됩니다.

전체의 이득은 R1 = R4 와 R2 = R3 으로 비반전 증폭기와 같이 설정됩니다. 물론

이 회로에서도 저항값의 오차줄 최대한 줄여야 합니다.

R1 = R4 = 1kΩ, R2 = R3 = 100kΩ 라고 가정하고 동작을 보면 일단 V-IN 의 전압을

101 배에 증폭했는데 그것을 100 분의 1 로 감쇄하여 출력합니다. 그렇지만

여기에 오프셋(V+IN)이 더해지고 있으므로 잘 되어가고 있습니다. 정말 신기한

회로입니다.

하지만 계산을 잘보면 101 배 증폭한후 100 분의 1 로 감쇄시켰기 때문에

실제로는 1.01 배 증폭한셈이 되어서 1%정도의 오차가 발생하고 있지만

무시할 수 있습니다.

동상입력 범위 개선 기본적인

차동증폭기회로에서

동상입력 전압

범위를 개선한

회로입니다.

연산증폭기 2 개를

사용하지만 입력

임피던스문제는

여전히 존재 합니다

동작 원리는 매우 단순하여 굳이 설명할 필요도 없습니다.

VO = (V+IN R2 / (R1 R3) + V-IN / R4) * R5

전단의 연산증폭기에서 입력을 -1 배하고 후단의 연산증폭기에서 두 신호를

덧셈 하고 있습니다. 이득-1 배의 반전 증폭 회로 와가산 회로 를 추가하여

뺄셈을 실현하고 있습니다.

장 점

단순하기 때문에 큰 이점이 있습니다. 그것은 저항 R3 R4 와 R5 의 비로

증폭도가 정해집니다. 저항 R5 를 바꾸면 전체이득을 변화 시킬 수 있습니다.

하나의 저항으로 이득을 바꿀 수 있다고 하는 점이 장점입니다. (Simple is

best)

또 다른 이점은 동상입력 전압범위의 문제가 없다는 것입니다. 입력 저항

R1 을 충분히 크게 해 두면 100 V 나 200 V 를 가해도 상ㄱㅘㄴ 없습니다.

비반전 증폭 회로를 사용한 차동증폭기에서는 어림없는 것입니다.

단 점

가장 큰 단점은 입력 임피던스 문제입니다. 입력 저항이 입력 임피던스가

되어버리는 반전 증폭기의 단점을 그데로 갖고 있는 것입니다.

인스트르멘테이션 앰프 공업용이나 계측기용으로

넓게 이용되고 있는 차동증폭

회로입니다. 증폭도의 설정을

하나의 저항으로 할 수

있어서 입력 임피던스도 높고

차동출력도 가능합니다. 잘

사용되는 회로이므로 이

회로를 원칩화한 제품도

출하되고 있습니다.

언뜻 보기에는 복잡해 보이는 회로지만 회로를 전단과 후단으로 나누어

생각하면 알기 쉬워집니다. 전단은 상하 대칭인 두개의 회로로 차동출력 증폭

회로를 만들어고 후단은 차동증폭 회로로 감산을 하고 있습니다.

우선 각부 전압과 전류를 정의 합시다. R1 을 위에서 아래로 흐르는 전류를 I1,

상단 연산증폭기의 -입력 단자 전압을 V2 , 하단 연산증폭기의 -입력 단자

전압을 V3, 상단 연산 효증폭기의 출력전압을 V4, 하단 연산증폭기의 출력전압을

V5 라고 정의하고 I1 을 구합니다. I1 은 저항 R1 의 양단 전압이기 때문에

I1 = (V2 - V3) / R1

과 같이됩니다. 연산증폭기의 입력 단자에는 전류가 흐르지 않기 때문에 R2 와

R3 에 같은 전류가 흐르며 V4 는 V2 보다 I1R2 만큼 높은 전압이 됩니다. 또한

V5 는 V3 보다 I1R3 만큼 낮은 전압이 됩니다.

V4 = V2 + I1R2, V5 = V3 - I1R3

이런 회로에서도 Virrtual 쇼트는 성립되고 있므로 V2 = V-IN, V3 = V+IN 일

것입니다.

따라서 V4 와 V5 는 다음과 같이 됩니다.

V4 = V-IN + (V-IN -V+IN) (R2 / R1)

V5 = V+IN- (V-IN -V+IN) (R3 / R1)

특히 R2 = R3 으로 V4 와 V5 의 차이를 구하면

V5 - V4 = (V+IN-V-IN) (1 + 2R2 / R1)

인데 V4 와 V5 는 후단의 차동증폭기로 들어가 뺄셈 된 전압이 VO 로서 출력

되며 저항값은 R4 = R5, R6 = R7 과 같이 밸런스를 잡아 두고 출력전압을 V4 와

V5 를 사용해 계산하면

VOUT = (V5 - V4) (R6 / R4)

이며 여기에 앞에서 산출한 식들을 대입하면,

VOUT = (V+IN -V-IN) (1 + 2R2 / R1) (R6 / R4)

로 회로의 출력이 구해졌습니다.

노 하 우

이 회로는 저항의 밸런스가 중요합니다. 밸런스가 조금이라도 무너지면, 올바른

감산이 되지 않습니다. 밸런스가 유지되어야 하는 저항은 상하 대칭으로 되어

있는 부분으로 R2 와 R3, R4 와 R5, R6 과 R7 입니다.

전부 같은 저항으로 해도 괜찮지만 그렇게하면 증폭 부분을 전단의 비반전

증폭 회로에 전부 맡겨 버리게 됩니다. 연산증폭기 하나로 몇백배 증폭하는

것은 좀 힘들기 때문에 높은 증폭이 필요하면 후단의 차동증폭부에도 게인을

갖게하면 좋을 것이다. 이 회로에 사용하는 연산증폭기는 물론 고정밀도

연산증폭기를 사용하는 것이 좋습니다.

장 점

반전 입력과 비반전 입력이 대칭으로 만들어져 있으므로 대칭성이 좋은 것이

가장큰 장점입니다. 또한 모든 입력이 연산증폭기의 입력 단자에 직결되어

있으므로 입력 임피던스를 높게 할 수 있습니다. 뿐만 아니라 하나의

저항(R1)값을 바꾸는 것으로 회로의 증폭도를 결정할 수있으므로 간단합니다.

단 점

비반전 증폭회로를 입력으로 하고 있으므로 동상입력 전압 범위의 문제가

생깁니다.. 그렇지만 이 회로는 센서신호와 같이 미소신호를 측정하는 경우에

주로 사용되기때문에 그다지 문제가 되지 않을 수도 있습니다.

그보다 이회로의 최대 단점은 회로를 만드는 것이 아주 귀찮은 부분이 있다는

것일것입니다.

정 전 류 회 로

기 본 회 로

정전류 회로는 연산증폭기의 동작을 이해하는데 있어서 안성맞춤인

회로입니다. 다만 보통 연산증폭기는 큰 출력 전류를 흘릴 수 없기 때문에

출력 증강 트랜지스터나 FET 를 붙여 사용합니다.

이회로는전류를 흡입하는 타입의 정전류 회로입니다. 콜렉터로 흘러들어온

전류는 모두 이미터로 흐를것이며 전류를 IC 라고 합니다.

트랜지스터의 hfe 는 대략 100 정도 있으므로 베이스전류는 콜렉터전류의

100 분의 1 밖에 흐르지 않기 때문에 콜렉터에 흐르는 전류와 이미터로 흐르는

전류는 거의 같아집니다. 그러나 정확하게 계산할 때는 hfe 를 잘 생각하지

않되며 그로인한 오차는 보통 1% 정도로 봅니다.

이 전류 IC 는 저항 R1 을 통해서 그라운드되기 때문에 저항의 위쪽, 즉

연산증폭기의 -입력 단자에는 ICR1 의 전압이 발생합니다. 이 전압과

연산증폭기의 +입력 단자전압이 동일해지도록 동작합니다.

그 이유를 좀더 상세히 설명하겠습니다.

연산증폭기의 Vi 와 V-의 전압차이가 있으면 그 차이를 오픈루프 이득 A 로

증폭되어 연산증폭기의 출력으로 나타납니다.

Vo = A (Vi-V-)

이 전압은 트랜지스터의 베이스에 걸리며 이미터 전위 V-는 트랜지스터의

순방향 전압강하 Vf 만큼 낮은 전압이 되기 때문에

V- = Vo - Vf

가 됩니다. 이것들을 대입 시켜 풀면

V- = (AVi - Vf) (1 + A) ≒ Vi

가 됩니다. 마지막 근사는 연산증폭기의 오픈루프 이득 A 가 매우 크다는 것을

가정한 것입니다. 궤환 루프에 트랜지스터가 들어가 있어도 Virrtual 쇼트가

성립되고 있으며 이런 이유에서 회로의 출력 전류는

IC = Vi / R1

이 됩니다.덧붙여 저항 R2 는 베이스에 넣은 전류 제한 저항으로 특별한 역할은

없습니다.

연산증폭기의 선정 이 회로에 사용되는 연산증폭기는 단일전원형을 이용하여 단일전원으로

사용해도 좋습니다. 그것은 연산증폭기의 두입력이 항상 플러스 전압이기

때문입니다. 다만 출력 전류를 가변으로 할 때는 보통은 V+를 바꾸지만 0

에서부터 변화 시키고 싶은 경우는 주의가 필요합니다. +전원과 GND 로

변화되는 경우에 연산증폭기에서 보면 0 V 의 입력전압은 마이너스전원과 같은

전위이므로 동상입력 전압범위를 초과하는 것이 됩니다. 이러한 문제 때문에

단일전원용 연산증폭기를 사용할 필요가 있으며 LM324 나 LM2904 등이 값도

싸고 좋습니다.

전류방향의 개선

정전류원은 전류를 출력하는 편이 편리할

때가 많습니다. 이렇게 하기 위해

오른쪽그림과 같이 전류미러를 사용할

수도 있지만 전류미러는 정확한 전류를

흘리는 것이쉽지 않습니다.

상하를 반대로 하여 PNP 트랜지스터를

사용하면 전류 출력형 정전류원을 만들 수

있지만 전류를 설정하는 전압은 VCC 를

기준으로한 전압이 되기 때문에 Zener diode

등을 사용해 GND 를 기준으로 기준전압을

설정해도 전원 전압의 변동에 의해 흐르는

전류가 변동하는 문제가 있습니다.

전류의 오차와 대책 위에서 설명한 정전류 회로에 생기는 오차의 가장 큰

요인은 트랜지스터의 베이스에 전류에 있습니다. 그

때문에 설정한 전압보다 약간 적은 전류가 흐릅니다.

이 값은 대략 1% 정도지만 정확한 정전류가 필요할때

다른 방법을 사용해야 합니다.

제일 간단한 해결책은 트랜지스터 대신에 N 형 MOS-

FET 를 사용하는 것입니다. 인한스트먼트형 MOS-

FET 는 VGS-ID 특성이 보통 NPN 트랜지스터의 VBE-

IC 특성과 비슷하므로 트랜지스터를 교체하는 것만으로

사용할 수 있습니다. 전압과 전류의 특성은 비슷하지만

FET 는 게이트에 전류가 거의 흐르지 않는 점이 크게

다릅니다. 게이트에는 nA 나 pA 정도의 전류 밖에 흐르지 않기 때문에 ID 와

IS 가 동일해지게되어 정밀한 정전류원을 만들 수 있습니다.

정 전 압 회 로

기본회로

연산증폭기를 사용한 정전압 회로는 시리즈 레귤레이터의 기본형태입니다.

시판되거있는 3 단자 레귤레이터등은 거의가 내부에 연산증폭기를 가지고

있습니다. 또한 스위칭 전원에서도 이와 같은 연산증폭기 회로를 사용하여

출력전압을 검출하여 정전압화 하고 있습니다.

출력전압은 저항 R1 과 R2 로 분압되어 연산증폭기의 -입력 단자로 들어가며 이

전압을 V-라고 하면

V- = Vou t (R2 / (R1+R2)) ---- (1)

가 되며연산증폭기의+입력 단자는 Zener diode 에 의한 기준전원이 가해지고

있으며연산증폭기의 출력은

Vo = A (V+ - V-)

가 됩니다. 이 전압이 트랜지스터의 베이스에 걸리므로 트랜지스터의 이미터

즉 출력전압 Vout 는 이 전압보다 Vf 만큼 낮아집니다.

Vou t = A (V+-V-) - Vf ------ (2)

(1) 식으로부터 출력을 구하면

Vout = V- × (1 + R1 / R2) ----- (3)

과 같이 구할 수 있습니다.

(2) 식으로부터

V- = V+ - (Vout + Vf) / A

을 구하여 이것을 (3)식에 대입합니다. 그런데 연산증폭기의 오픈루프 이득

A 는 Vout 나 Vf 에 비해 매우 크기 때문에 무시할 수 있으며 결국 출력전압은

Vout = V+ * (1 + R1 / R2)

가 됩니다.

주 의 점 이회로에는 몇가지 주의하지 않으면 안 되는 점이 있습니다. Zener diode 로

만들어진 기준전압은 안정성이 되어있지 않으며 그 때문에 출력도 안정되지

않습니다.

제너다이오드 양단의 전압은 흐르는 전류에 의해 약간의 변화가 있으며 온도에

따라서도 변동이 심합니다.

(전자부품의 사용법에서 제너 다이오드를 잘 사용 하려면 참고)

그리고 정전압 전원의 입력과 출력에는 평활 콘덴서를 넣어 야하며 이것에

세라믹 콘덴서 등을 병렬로 하는 것도 잊어서는 안됩니다.

예를 들어 이 회로로 1 A 의 전류를 흘리면 트랜지스터에도 1 A 의 전류가

흐릅니다. 회로의 출력전압이 5 V 이고 입력전압이 11 V 라면 트랜지스터는

6V 의 전압강하를 일으킵니다. 1A 가 흐르고 있으므로 트랜지스터는 6W 의

전력을 소비하게 되며 이로인해 꽤 뜨거워집니다. 트랜지스터가 뜨거워지면

주위 회로에 열을 주어 정전압 기능이 제데로 작동하지 않을 수도 있습니다.

물론 파워트랜지스터에 방열판을 사용하는 것이 좋습니다.

또한 1A 의 전류가 흐를때 트랜지스터의 베이스에는 그 hfe 분의 1 의 전류가

흐릅니다. 보통 회로에서는 베이스 전류가 수 mA 인 것이 많지만 이러한 전원

회로에서는 수 10 mA 의 베이스 전류가 흐르는 것도 드물지는 않습니다.

그렇게 되면 연산증폭기가 그 전류를 출력 할 수 있는지 잘 확인한후

사용해야하며 올바르게 만들었는데 출력 전류가 적다면 hfe 와 베이스 전류를

의심해 보세요.

회로의 발전 이 회로는 정전압 회로의 기본형태이며 대부분의 정전압 회로가 이 형태를

기본으로 발전하고 있습니다. 중요 포인트는 출력전압을 저항으로 분압해

그것과 기준 전압을 비교하고 있는 것입니다.

출력전압의 분압이 기준전압과 다르면 정전압 회로에서 제어수단을 통하여

두전압이 같아지도록 제어하는 것입니다.

이 회로에서는 베이스 전압을 올리거나 내려서 출력을 제어하지만 스위칭

전원에서는 ON 시간과 OFF 시간을변화시키거나 발진방법(간헐발진)을

제어하여 출력을 제어하기도 합니다.

그렇게 해서 항상 출력전압이 일정하게 되도록 하고 있는 것입니다.

그런데 트랜지스터에는 반드시 콜렉터 이미터간 포화전압(VCE) 이라는 것이

있습니다. 콜렉터와 이미터간에는 반드시 전압강하가 발생하며 트랜지스터의

이미터는 베이스 전위보다 반드시 Vf 만큼 닞다고 하는 특징이 있습니다.

평상시 이 문제는 별로 신경 쓸 것이 없겠지만 저드롭형 전원을 만들고

싶을때는 이러한 문제를 극복해야만 할 때가 많습니다.

간단한 해결책은 P 형 MOS-FET 를 사용하는 것이고 연산증폭기는 Rail to Rail

형을 사용하는 것입니다

OP-Amp 의 출력 증강 회로

출 력 증 강 회 로

대부분의 연산효증폭기 출력은 매우 미약하여 수십 mA 정도의 전류를

사용하려 해도 쉽지 않습니다.물론 고출력 OP-AMP 도 있지만 가격도 비싸도

구입도 쉽지 않을뿐만 않이라 출력도 일정 한계를 갖고 있습니다. 그래서

등장하는 것이 출력 전류 증강법이며 여기서 몇가지 방법을 소개합니다.

출력의 증강은 위그림과 같이 출력에 별도의 드라이브 회로를 부가하는 것이

기본입니다.

기 본 회 로

연산증폭기의 출력을 증강하기위한 회로는 푸시풀 이미터 플러워가 가장 많이

이용됩니다. 이 회로에서는 연산증폭기 출력의 상하에 다이오드가 붙어

있습니다. 이 다이오드에는 저항 R3 과 R6 을 통해서 바이어스 전류가 흐르고

있어서 다이오드 양단전압은 항상 일정한전압 Vf 로 되어 있습니다.

위쪽회로를 생각해 보겠습니다.

NPN 트랜지스터의 베이스는 Vo + Vf 의 전위가 되어 있으며 이미터 플러워에

의해-VBE 전압이 트랜지스터의 이미터 전위가 되지만 실리콘 트랜지스터와

실리콘 다이오드를 사용하면 거의 Vf = VBE 가 되므로 트랜지스터의

이미터전위는 연산증폭기의 출력전압과 동일해집니다.

아래 쪽 PNP 트랜지스터도 같은 동작을 하며 회로의 출력이 +일때는 위쪽

NPN 트랜지스터가, 출력이 -일때는 아래쪽 PNP 트랜지스터가 동작합니다.

이와 같이하은 동작을 푸시풀이라고 합니다. 저항이나 다이오드 없이 회로를

만들고 싶지만 트랜지스터는 0.6 V 정도의 베이스-이미터간 전압이 없으면

동작하지 않기 때문에 충분한 바이어스를 해 다이오드와 저항 R4 와 R5 가

필요해 집니다.

이 회로의 동작은 반전 증폭기지로서 입출력 관계는 Vout = -Vin * (R2 / R1)

으로 보통 반전증폭기와 같습니다.

부품의 선정 보통은 연산증폭기는 크게 잡아야 20 mA 정도의 출력전류 밖에 흘릴 수

없습니다.그래서 이러한 출력증강 회로를 사용하는 것입니다. 100 mA 정도의

출력이 필요하다면 트랜지스터로 2SC1815 - 2SA1015 를 사용하고 다이오드는

1S1588 정도면 충분할 것입니다. 위회로에는 그리지 않았지만 트랜지스터의

콜렉터에 0.1 uF 정도의 바이패스 콘덴서를 넣는 것이 좋습니다.

트랜지스터의 이미터에 들어가 있는 저항은 과전류 보호용 저항으로

트랜지스터가 타 버리는 것을 막기 위해서 넣은 것으로 10Ω 정도면

충분합니다.기본적으로는 회로의 출력 Vout 과 연산증폭기의 출력 Vo 에는

전위차가 없지만 이사이에 저항을 넣어 마이너 루프(Minor Loope)를 만드는

것을 좋아하는 사람도 있습니다.

보호회로의 추가

트랜지스터(Q1,Q2)에 출력 쇼트에

의한 과전류를 차단하기 위한

보호회로를 넣는 경우도 있으며 좌측

회로의 Q3 과 Q4 가 보호용

회로입니다.

과전류가흐르면 이미터저항의

전압강하가 커져서 보호용

트랜지스터(Q3,Q4)가 ON 하여 출력

트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스 전류를

보호용 트랜지스터(Q3,Q46 바이패스

시켜 버리므로 출력 트랜지스터에

일정전류 이상 흐를 수 없게 하는

것입니다.

이때의 전류값은 이미터저항 (R7 or

R8) / 0. 6[V] 로 정해집니다. 0.6 V

라는 것은 보호용 트랜지스터가 ON

하기 시작하는 베이스 이미터간

전압입니다.

즉 이미터 저항을 1Ω 으로 할경우 약 600 mA 의 출력전류가 흐르면

보호회로가 동작하기 시작합니다.

다이아몬드 회로

조금 발전된 회로로 다이아몬드 회로라는

것이 있습니다. 언듯 보기에 복잡한 것

같지만 PNP 이미터 플러워와 NPN 이미터

플러워를 구성하여 상하 대칭을 충한것으로

NPN 과 PNP 를 대칭으로 구성하여 레벨

쉬프트를 서로 상쇄 할 수 있는

회로입니다.

이 회로는 헤드폰 구동용 회로등에

이용하면 음질이 좋기 때문에 오디오회로에

애용되고 있습니다.

코 일 과 트 랜 스

코일과 트랜스 코일과 트랜스는 모두 동선을 감은 것으로 같은 종류에 속하나 특성은 크게

다르고 사용 방법도 완전히 다르나 모두「인덕턴스」라는 단위로 크기를 나타내고

원리도「전자 유도」를 사용하고 있다는 의미에서는 동일한 동작을 합니다．

인덕턴스의 단위 코일의 고주파 신호에 대한 저항을 인덕턴스라 부르며 그 단위는 「H：헨리 」가

쓰여지며 실제로 쓰여지는 단위는 다음과 같습니다．

μH ： 마이크로 헨리 １／１０ × 6 승

ｍH ： 밀리 헨리 １／１０ × 3 승

종류와 용도 코일과 트랜스를 그 특성에따라 분류한다면 아래와 같이 됩니다．

분류 명 칭 기 능 및 용 도

코 일

인덕터

초크코일

고주파에 대하여 저항 작용을 하고ㅍ고주파를

감쇠시키는데도 사용한다．

용도 : 고주파 필터.

고주파

동조 코일

ＩＦＴ

코일과 콘덴서를 병렬 접속하고 어느 특정

주파수에 동조하여 신호를 추출하기 위해

사용한다．

용도 : TV 나 라디오의 동조 회로등．

바 안테나

동조용이지만 내부에 코어를 삽입하고 특히 길게

하여 안테나와 동등의 특성을 갖게 한 것으로

휴대용 라디오의 안테나로 사용되고 있다．

전원용 초크 저주파에 대해서도 특히 큰 저항을 나타내도록

하여 전원 노이즈 방지용의 필터나 평활 회로의

필터에 사용한다．

트랜스

전원 트랜스

여러가지 코일을 동일한 철심에 감은 것으로

전압의 변환 기능을 갖는다．이것을 이용하여

전압을 높이거나 낮추는데 사용한다.

스위칭

전원용 트랜스

전원용 트랜스와 동일이지만 주파수가 높기

때문에 소형으로 효율이 좋은 코어를 사용하고

있다．

오디오 용

트랜스

트랜지스터 회로등으로 임피던스가 크게 다른

경우 전달 로스를 적게 하기 위해 임피던스

변환용으로 쓰여지는 트랜스로 최근에는 회로의

발전으로 많이 쓰여지지 않게 됬다.

회로도 기호 회로도에 쓰여지는 기호는 아래와 같은 것이 쓰여지지만 다소 다른 형태도

있습니다．

회로도 기호 약호 명 칭 기 능

ＲＦＣ 초크 코일 고주파 저지용 코일

필터용 코일

Ｌ 동조 코일

ＩＦＴ

고주파 동조 용

속칭 ＦＣＺ 코일

ＴＲ 전원 트랜스 전원 전압 변환용

고주파 초크 코일 단순한 고주파 필터용 코일입니다．종류는 하기 사진과 같이 다양한 형태의 것이

（RFC) 있으나 단순한 코일로서 용량 범위는 수 μH 로부터 수 ｍH 까지 있습니다.

수 μH 이하에서는 공심

인 것도 있지만 통상은

코어가 사용되고

있습니다．

회로도 기호

고주파 동조용 코일 고주파 회로의 전달시 효율을 좋게할 목적으로 쓰여지는 코일입니다．

주로 사용되는 것에는 「FCZ 코일」라고 불리는 것이 있으며 아래 사진에서

케이스에 들어가 있는 것이 FCZ 코일입니다．사진의 왼쪽것은 특정 주파수용

발진 출력용으로 만들어 진 것입니다．

FCZ 코일에는 １０ｍｍ 높이와 ７ｍｍ 의 ２ 종류가 있으며 ５ｍｍ 짜리도

있으나 구하기 어려워 사용이 쉽지 않습니다.

회로도

기호

중간 주파수

동조 코일（IFT)

IFT 라고 불리는 코일로 FCZ 코일과 마찬가지로

금속 케이스에 들어가 있습니다．차이는 중간

주파수로 쓰여지는 ４５５ｋHz 나 １０．７MH 에

동조한 콘덴서가 미리 병렬 접속되어 있는

것입니다.

사진은 코일의 바닥 사진으로 좌측은 FCZ 코일이며 우측이 IFT 로 IFT 쪽에는

콘덴서가 한가운데 장착되어 있는 것을 볼 수 있습니다.

바 안테나 코일 휴대용 라디오의 동조 코일로

특히 코어를 크게 하여 수신

감도가 좋아지게 되어

있습니다．

형태나 크기에는 많은 종류가

있으나 일반적으로

바리콘（variable 콘덴서）과

병렬 접속되어 동조 주파수를

가변할 수 있도록 되어

있어서 라디오 방송 전파를

선택할 수 있습니다.

사진은 ＡＭ 라디오 용 바 안테나입니다

전원용 초크 코일 전원 주파수대역에서 충분한 인덕턴스를 갖고 있는 코일로 코어에 동선을 감아서

만들어집니다. 입력 전원용 필터나 스위칭 전원의 출력 필터로 사용되고

있습니다．

좌측２개는 전원필터 용

오른쪽 밑에 ２개는

고주파 동조용으로

자작한

것으로고주파에도 최근

사용되고 있습니다.

전원 트랜스 주파수가 낮고 전류

용량이 큰 대형

코일로 출력

전압과 전류

용량에따라 많은

종류가

있습니다．ＡＣ

전원으로부터 ＤＣ

전원을 만들는 때 필수적인 부품이나 최근에 시판되는 전원장치의 대부분은

스위칭 전원으로 되어있으며 무겁고 대형의 전원 트랜스를 사용하는 방식은 점차

줄어들고 있는 추세입니다. 그러나 아마추어에게는 간단하고 싸게 제작 할 수

있는 전원장치로 트랜스를 이용하고 있어서 아직도 건재합니다．

회로도 기호는 다음

그림과

같습니다

오디오용 트랜스 최근의 오디오 증폭기의 회로가 많이 개선되어 거의 사용되지 않고 있습니다.

용도는 트랜지스터 앰프의 출력임피던스와 스피커의 임피던스의 정합에 사용되고

있습니다．

콘덴서의 기능 및 용도

1. 콘덴서의 기능

콘덴서의 기능은 크게 두가지로 나눌 수 있습니다. 하나는 전기를

저장하거나 방출하는 축전지로서의 기능과 . 또 하나는 직류를 통하지

않는 성질을 이용하는 기능입니다. 축전지로서의 기능을 이용한

회로에는 전원 회로의 평활 회로나 마이크로 컴퓨터 등의 백업 회로,

콘덴서의 충방전에 필요한 시간을 이용한 타이머 회로 등이 있습니다.

또한 직류를 차단하는 성질을 이용한 회로에는 특정 주파수 성분만을

추출 또는 제거하는 필터 등이 있으며 주파수 특성을 고려해야 하는

회로에 반드시 필요한 것입니다.

※ 콘덴서의 본명은 ? 미국에서는 「전기용량 = capacity」로부터 캐패시터(capacitor)라고

부르고 있었습니다. 이것이 일본에서 전기를 압축(=condense) 하는

의미로 「축전기」라고 번역하여「콘덴서(=condenser)」라고 부르게

되었습니다. 그러므로 일본식 표현은 콘덴서 미국식 표현은 캐패시터가

정식명칭 이라 할 수 있습니다.

2. 콘덴서의 주요 용도

교류를 ---→ 다이오드와 정류회로를 구성하여 ---→ 직류로 만듬.

펄스를 ---→ 콘덴서의 충전 시간을 이용해서 ---→ 시간 지연을 만듬.

여러신호 중에서 ---→ 저항과 함께 구성하여 ---→ 저주파 신호만을 꺼냄.

여러 신호중에서 ---→ 저항과 함께 구성하여 ---→ 고주파수 신호만을 꺼냄.

콘덴서의 특성

1. 주파수 특성

콘덴서의 임피던스는 주파수가 높아짐에 따라 직선적으로 하강하는 것이 이상적

이지만 실제로는 저항성분에 의해 아래 그림과 같은 경향을 나타냅니다. 이것은

콘덴서의 구조와 재질에 따라 다르게 되며, 그림에서 a 점(공진시의 저항값)이 작을

수록 주파수 특성이 좋다고 할 수 있습니다. 그림에서 보듯이 세라믹 콘덴서와 필름

콘덴서가 고주파 회로에 적절하다는 것을 알 수 있습니다.

2. 절연저항 콘덴서의 절연저항은 온도에 영향을 받지 않는것이 이상적이지만 실제로는 그림과

같이 온도상승에 따라 감소합니다. 상온시의 저항값은 콘덴서에 따라서 다르지만

일반적으로 25를 경계로 감소하는 경향이 있으며 감소율은 비슷하나 마일러

필름콘덴서가 약간 크고, 마이카나 온도보상용 세라믹은 작습니다.

3. 유전손실(tanδ) 유전손실(tanδ)은 콘덴서의 손실이므로 모든온도 범위에 걸쳐서 0%가 이상입니다.

그림을 보면 마이카나 온도 보상용 세라믹은 tanδ 의 값이 작기 때문에 손실이 적고

특성이 좋음을 알 수있습니다.

4. 사용온도 범위 온도 특성은 그림의 (1)과 같이 넓은 범위에 걸쳐서 용량 변화가 없는 것이

이상적이지만 실제로는 온도에 의해 용량이 증감 합니다. 그림을 보면 탄탈,

마이카, 필름, 온도 보상용 세라믹 순으로 특성이 양호한 것을 알 수 있습니다.

또한 고유전율계 세라믹 콘덴서는 특이한 곡선을 보이기 때문에 사용시 상당한

주의가 필요합니다.

5. 정전용량 범위 【100μF 이상】

이 범위는 현재 전해 콘덴서밖에 없으며 전원 회로의 평활용, 오디오 회로의 결합

콘덴서 등에 사용되고 있습니다.

【10μF∼100μF】

전해콘덴서와 탄탈 콘덴서가 사용되나 탄탈 콘덴서는 고가이므로 특성과 용도에

맞게 이용됩니다.

【1μF∼10μF】

전해콘덴서와 탄탈 콘덴서 외에 고유전율계의 세라믹 콘덴서등이 타이머 회로나

필터회로 등 폭넓은 용도에 사용됩니다.

【0.1μF∼1μF】

대부분의 콘덴서를 사용 할 수 있고 특히 필름이나 고유전율계의 세라믹이 좋으며

IC 등의 바이패수 콘덴서로 많이 이용됩니다.

【0.01μF∼0.1μF】

세라믹이나 필름 콘덴서가 고주파 회로에 많이 이용됩니다.

【1000 pF∼0.01μF】

세라믹이나 필름 콘덴서로 주로 필터 등 신호처리 회로에 이용됩니다.

【100 pF∼1000pF】

고주파 필터회로의 온도보상용 세라믹 등이 사용됩니다.

【10 pF∼100pF】

고주파 발진기의 바이패스, 앰프의 위상 보상용으로 이용됩니다.

【1 pF∼10pF】

고주파 앰프의 위상 보상용 등에 세라믹이 이용됩니다

6. 정격전압 콘덴서의 전극간에 가할 수 있는 전압의 허용범위로 WV(Working·Voltage) 또는

V(볼트)로 나타냅니다. 이 값은 콘덴서에 따라서 다르지만 통상 서지 전압을 고려해

정격전압의 1/2 이하로 사용하는 것이 바람직 합니다.

【전해 콘덴서】

6.3, 10, 16, 25, 35, 50, 100 V 가 일반적이며 저용량,저전압의 것은 생산되지 않고

고용량·고내압의 것은 주문제작만 가능합니다.

【탄탈 콘뎀서】

6.3, 10, 16, 25, 35 V 가 일반적입니다.

【세라믹 콘덴서】

50 V, 500 V 가 일반적이며 수 KV 의 고압용도 제조되고 있습니다.

【적층 콘덴서】

25 V, 50 V 가 일반적이며 시리즈에 따라서는 16 V 도 있습니다.

【필름, 금속증착 콘덴서】

저전압은 50 V, 100 V, 고전압은, 250 V, 400 V, 630 V 가 있습니다.

【그 외】

마이카, 유리, 종이등의 유전체를 사용한 고내압의 것이 많이 있습니다

콤 퍼 레 이 터

기 본 회 로

콤퍼레이터 회로는 두 입력 전압의 차이를 검출하여 어느쪽이 크고 작은지를

출력하는 회로입니다.

동 작

연산 증폭기는 두 입력 전압의 차이를 증폭하는 것으로 증폭도가 매우 크기

때문에 보통은 부궤환을 걸어서 사용합니다, 하지만 콤퍼레이터로 사용할

때에는 부궤환을 걸지 않고 사용합니다. 이렇게 하면 두 입력 전압의 차이가

작더라도 매우 크게 증폭하므로 입력 전압에 조금이라도 차이가 있으면 출력은

포화해 버립니다.

V+ > V- 라면 출력은 플러스쪽으로 포화하며 V+ < V- 라면 출력은 마이너스

쪽으로 포화합니다.

주 의 할 점

단순한 회로지만 다음과 같은점을 조심하지 않으면 안됩니다.

동상입력 전압 범위와 출력전압 범위의 문제, 그리고 오픈루프 이득의

문제입니다.

±15V 로 연산증폭기를 사용할 때 입력전압이나 출력전압은 ±15V 까지 사용할

수 없습니다. 매우 일반적인 범용 연산증폭기라면 ±13.5V 정도입니다. 그것은

연산증폭기의 구조가 대량의 트랜지스터 회로이므로 전원전압의 최대까지

신호레벨을 제어할 수 없으며, 입 출력도 전원 전압보다 1.5V 정도 낮은

전압까지 밖에 취급할 수가 없습니다.

예를 들어 통상의 연산증폭기를 ±15V 전원으로 사용하고 있을 때

V+ = -15 V, V- = 5 V 라고 하면 V- 쪽이 크기 때문에 출력은 -15 V 가 되어야

하지만 실제는 -15V 라는 입력전압은 허용되지 않기 때문에 연산증폭기는

오동작 하게되고 출력은 +13. 5V 정도로 포화해 버립니다.

이 점을 해결하기 위해서는 동상입력 전압 범위가 넓은 연산증폭기를 사용하는

것도 좋지만 입력전압이 전원전압에 가까워지지 않도록 회로를 설계할 필요가

있습니다., 단일전원용 연산증폭기는 입력전압 범위가 마이너스전압까지이므로

입력을 GND 에 연결해도 오동작 하지 않습니다. 또한 Rail-to-Rail 형이란

것이 있는데 이것은 입력 전압과 출력전압을 전원전압까지 최대한 사용할 수

있도록 제작된것입니다.

다음은 오픈루프 이득의 문제로 연산증폭기의 오픈루프 이득은 무한대가

아니라는 것을 잊지 말아야 할 것입니다. 일반적인 연산증폭기의 직류증폭도는

최대 10 만배 정도이므로 입력전압차이가 0.1 mV 라면 출력전압은 1 V 밖에

나오지 않습니다. 통상은 이것이 문제가 됮 않겠지만 미소신호를 비교를

할때나 노이즈가 많은 신호를 비교 할 경우에는 특별한 배려가 필요하게

됩니다.

SCHMITT-TRIGGER 이 회로는 콤퍼레이터에 히스테리시스를 추가 한 것으로 디지털 회로에서는

Schmitt Trigger 라고 합니다. 이 회로를 알면 Schmitt Trigger 의 제작방법도

쉽게 알 수 있습니다.

언뜻 보기면 보통 반전 증폭기와 같이 보지만 궤환저항이 + 입력 단자로

연결되어 있어서 정궤환이 걸리게 됩니다.

+입력 단자에는 V+입력 전압과 출력전압 Vo 로부터 저항으로 연결되어

있으므로

(Vo - V+) * R1 / (R1 + R2) + V+

의 전압이 가해집니다. 좀 까다로운 식이지만 의미는 그리 어렵지 않습니다.

식의 제 1 항이 정궤환의 효과입니다. 콤퍼레이터로 사용하는 경우

연산증폭기의 출력은 어딘가에 포화하고 있으므로 Vo 는 +전원이나 -전원중

어딘가에 포화하고 있습니다. 출력이+15V 에 포화하고 있는 경우 (Vo - V+)는

0 보다 큰값이기 때문에 +입력 단자에 걸리는 전압은 V+ 전압보다 커집니다. 이

상태에서는 V- 전압이 V+ 전압보다 커져도 출력은 반전하지 않습니다. 정귀환의

효과에 의해 외관상 +입력 전압이 증가하는 것입니다.

반대로 출력이 -15V 에 포화하고 있을때는 연산증폭기의 +입력 단자 전압은

감소하게디기 때문에 V- < V+가 되어도 곧바로 출력은 반전하지 않습니다.

이러한 효과를 히스테리시스라고 하며 이러한 특성을 갖게한 콤퍼레이터는

출력이 어딘가에 한번 포화하면 쉽게 반전되지 않습니다. 히스테리시스는

저항의 비로 결정합니다. 예를들어 R2=100kΩ, R1=1kΩ 일때는 약 1%의

히스테리시스를 가집니다. 이 정도의 저항값이 실용적인 숫자입니다.

트랜지스터 회로의 기본 설계법

요즘은 IC 를 많이 사용하지만 트랜지스터를 이용해도 아직은 괜찮은 회로를

만들 수 있으며 특히 아마추어 공작과 같이 간단한 증폭회로나 드라이브

회로를 구성할 때 적당합니다.

여기에서는 어려운 논리적인 이야기는 배제하고 동작시키기 위해 필요한 것을

간단히 설명합니다

트랜지스터의 규격 규격표 보는법 은 다른 페이지에 있기 때문에 여기서는 생략하도록 하겠으나

다음 4 가지를 잘 이해하도록 해야 할 것입니다.

1. 몇 볼트까지 사용할 것인가 ?

컬렉터·이미터간 최대정격전압（Vceo)를 기준으로 하며

실제로는 이것의 １／２ 이하의 전압에서 사용하는 것이 좋습니다.

2. 몇 암페어까지 흐르게 할 것인가 ?

이것은 ２가지 관점에서 생각해야 합니다.

먼저 컬렉터 최대정격전류（Ic)를 초과해서는 않되며 실제 사용시에는

１／２ 이하에서 사용해야 합니다.

또 하나는 콜렉터 손실(Pc)을 기준으로 최대 전력을 초과하여 사용하지

않도록 하는 것입니다. 이것의 사용전압 × 전류로 계산하여 역시

１／２ 이하에서 사용해야합니다.

그러나 이것은 방열판의 유무와 주위 온도에따라 큰 차이가 있으므로

데이터 쉬트를 확인하는 것이 좋습니다.

3. 증폭률을 얼마로 사용할 것인가 ?

직류전류증폭율(hfe)로 단순하게 입력전류의 몇 배가 되어 출력되는지

계산하면 되지만 트랜지스터마다 편차가 있으므로 최소값을 기준으로

해야합니다.

4. 어느정도의 주파수까지 증폭할 것인가 ?

이것은 이득 대역폭（ｆｔ）을 기준으로 하여 다음과 같이 산출 합니다.

사용 가능한 주파수 ＝ 이득 대역폭（ｆｔ） ÷ 직류 전류 증폭 율(hfe)

디지탈 회로에서

사용법

트랜지스터를 디지탈 회로에서 사용하는 목적은 주로 다음과 같은 것이 있으며

그에 따른 사용법을 설명합니다.

1. 큰전류나 높은전압의 제어

세그먼트 발광 다이오드의 제어, 모터나 릴레이등의 드라이브, 전원의

On/Off，조명등의 제어

2. 전압레벨의 변환 : 광센서나 마이크의 신호 증폭 및 변환

3. 직류전압 증폭 : A/D 변환 입력 신호 증폭및 센서 출력의 증폭

큰 부하 제어 여기서 말하는 큰부하라는 것은 수 10mA 이상의 전류가 흐르거나 ５V

이상의 전압이 필요한 부하를 말하며 디지탈 IC 로는 직접 드라이브할 수 없는

모터의 제어나 릴레이또는 솔레노이드 코일등의 드라이브가 여기에

해당됩니다.

이와 같은 경우 트랜지스터의 사용법은 다음 그림과 같이 사용하는 것이

기본이며 부하전류의 방향에 따라서 (a)，(b)의 두가지 사용법이 있고 사용하는

트랜지스터도 NPN 형과 PNP 형으로 각각구분하여 사용해야 합니다．

트랜지스터의 선정은 드라이브하는 전압과 전류를 고려하여 선정하며 전류

증폭율이나 주파수 특성은 생각할 필요가 없습니다.

동작 원리는 (a)의 경우 디지탈 IC 의 출력이 High 가 되면 4.5V 이상의

전압이 되어 이것이 저항을 통하여 트랜지스터에 Ib 가 흐르게하여

트랜지스터가 On 되고 Ic 가 흘러서 부하가 작동합니다.

역으로 디지탈 IC 의 출력이 Low 로 되면 트랜지스터의 Vbe(0.6V 정도）보다

작은 출력전압 (0.2V 정도）이 되기 때문에 Ib 는 흐르지 않아서 트랜지스터가

Off 되어 부하전류도 흐르지 않게 됩니다.

(b)의 경우에는 반대로 디지탈 IC 의 출력이 High 가 되면 트랜지스터는 Off

되어 부하전류는 흐르지 않으며，디지탈 IC 출력이 Low 로 되면 트랜지스터가

On 되어 부하에 전류가 흐르게 됩니다.

R1 과 R2 의 저항치 결정은 트랜지스터가 On 되었을때 베이스 전류（Ib)＝부하

전류(Ic)÷직류 전류 증폭 율(hfe) 로 정해지는 전류 Ib 보다 약간 큰 전류가

흐르도록 저항값을 설정해야 합니다. 이 저항이 없으면 디지탈 IC 에 과전류가

흐르게 되어 디지탈 IC 가 발열로 파손됩니다.

예：부하전류가 100mA 이고 hfe=100, Ib=1mA 라 하고 IC 의 전원을 5V 라고

하면 ，Vbe 는 약 0.6V 로 일정이기 때문에 R1 = R2 = (5V - 0.6V) ÷ 1mA =

4.4KΩ 이나 약간 여유를 주어서 ３.3 KΩ 정도면 적당할것입니다.

주의사항

트랜지스터로 드라이브하는 부하가 모터나 릴레이처럼 코일부하일때는

역기전력에 주의할 필요가 있습니다．즉 코일의 전류를 On/Off 할때

순간적으로 역방향의 높은 전압이 코일의 양단에 발생하는데 이것을

그데로 방치하면 트랜지스터의 컬렉터-이미터간에 가해져서 경우에

따라 트랜지스터가 파손될수도 있습니다．또한 이 역기전력은 노이즈로

작용하여 주변 회로의 오동작을 유발 할 수도 있습니다. 따라서 이것을

방지하기 위해 다음 그림과 같이 다이오드를 코일의 양단에 병렬에

접속합니다． 또한 이 다이오드는 최대한 코일에 가까운 위치에 붙여서

역 기전력을 흡수시켜야 합니다.

전압레벨 변환 방법 각종 센서류는 출력 전압이 낮아서 디지탈 회로에 직접입력으로 사용하기

부적절한 경우가 많으며 이때 트랜지스터로 전압레벨을 증폭하여 사용합니다.

이때는 결국 직류전압증폭기로 사용하는것이 되기 때문에 본래의 기본증폭

회로로 구성하면 되나 On/Off 를 판정하는 정도면 족하기 때문에 회로를

간략화 할 수 있습니다.

실제로 사용하는 회로는 그림과

같이 되며 입력으로 사용된 센서의

출력 전압이 평상시는 거의

0V 이고 검출시에 0.6V 이상

일때와 0.6V 이하 일 때 회로가

조금 다르게 됩니다.

(a)의 회로에서 센서의 출력이

평상시 0V 에 가깝기 때문에

트랜지스터는 Off 되어 디지탈

IC 의 입력은 거의 전원전압에

가까워저서 High 로 되고, 센서

검출시에 출력이 0.6V 이상이 되면

트랜지스터가 On 으로 되어 디지탈 IC 의 입력은 거의 0V 가 되고 Low 로

됩니다．

R1 과 Rc 의 저항치 결정방법은 먼저 Rc 는 디지탈 IC 의 입력전류는 수 10μA

이하이기때문에 트랜지스터가 Off 되었을 때 Rc 를 경유하여 디지탈 IC 에

전류가 흐를 수 있도록 수 10KΩ 이하의 저항이면 적당하며 보통은

5KΩ∼20KΩ 정도가 쓰여집니다．

R1 은 센서의 출력 전류에 의하여 결정되며 너무 작게 하면 센서에 무리를

주어 감도가 떨어질수 있습니다. 대부분은 수 10KΩ 정도면 적당하며

일반적으로 10KΩ ~ 50KΩ 정도가 쓰여지지만 센서의 규격에 최적

부하저항치가 있으면 그에따른 저항치를 사용하며 이때는 센서의 부하는 R1 과

트랜지스터의 입력 저항이 병렬이 되므로 이점도 주의하여 결정해야 합니다,

참고로 트랜지스터의 입력저항은

수 10KΩ 정도 입니다．

(b) 회로에서 저항치의 결정

방법은 R1 과 Rc 는 (a)와 같지만

R2 는 수 10KΩ 의 가변저항을

사용하여 평상시에 트랜지스터가

Off 되고 센서감지시에 On 으로

되도록 조정하는 것이

필요합니다．이때 R1 과 R2 의

비가 0.6 대 Vcc 의 비와 거의

같은 정도가 되도록 하는 것이

좋습니다. R1 과 트랜지스터

입력저항(수 10KΩ)의 병렬 저항이

센서의 부하가 되기 때문에 센서의 부하 드라이브 능력을 넘지 않게 R1 이

수 KΩ (많게는 2KΩ~ 5KΩ 정도)이 되도록 합니다.

센서의 출력 신호가 １msec 이하의 짧은 펄스일때는 사용할 트랜지스터의

주파수 특성을 고려할 필요가 있지만 그 이외에는 주파수 특성을 걱정할

필요가 없으며 사용전압과 전류증폭율이 적당한 것을 사용하면 좋을것입니다.

출력전류는 디지탈 IC 정도라면 수 10μA 정도면 충분하기 때문에 걱정하지

않아도 될 것입니다

아날로그 회로에서

사용법

아날로그 신호를 증폭하기 위한 기본 회로는 대부분 이미터 접지 회로를

사용하며 최대한 깨끗하게 입력 신호를 증폭하도록 해야 합니다.

그 기본회로는 다음 그림과 같으며 회로정수의 결정방법은 아래와 같은 순서로

행합니다．여기로 미리 사용할 전원전압（Vcc)은 정해 있는 것으로 하고

사용할 트랜지스터의 전류 증폭율(hfe)은 100 으로 가정합니다. 트랜지스터의

선정시는 주파수 특성이 중요하고 이득 대역폭 (ｆｔ）이 높은것을 사용할

필요가 있습니다．

예：

ｆｔ가 200MHz 이고 hfe 가 100 이라면，200MHz ÷ 100 = 2MHz 로 되어

실제로 사용할 수 있는 주파수는 ２MHz 정도가 됩니다.

따라서 10MHz 이상의 주파수로 사용하려면 ft 는 1GHz 이상이

필요하게됩니다.

1. 컬렉터 저항（Rc)의 결정

이것은 부하전류（Ic)를 고려해서 결정해야 합니다.

파워가 필요한 드라이브일때는 수 １００ｍA 정도가 필요하며

통상은 수 ｍA ~ 수 １０ｍA 정도가 일반적입니다．

Rc 는 무신호시 출력전압이 전원 전압의 １／２이 되도록 하면 되며

Rc = （Vcc/2) ÷ Ic 로 계산하면 구할 수 있습니다.

(예：Vcc = 5V Ic = ２mA 라면 Rc = 1.25KΩ = 약 1KΩ)

2. 이미터 저항（Re）의 결정

이 저항은 입력신호가 １V 이상이 되어도 출력이 포화하지 않도록 하여

신호를 깨끗하게 증폭 할 수 있도록 합니다.

값의 결정은 러프하게 생각해도 좋으며 통상 Rc 의 1/5 ∼ 1/10 정도면

족합니다.

(예：1KΩ ÷ 5 = 200Ω）

3. 베이스 저항（R1 과 R2）의 결정

먼저 필요한 베이스 전압（Vb)을 구합니다.

무신호시 Re 에는 Ic 의 전류가 흐르고 있고 베이스 이미터간 전압은 약

0.6V 로 거의 일정하기 때문에 Vb = Ic×Re＋0.6 로 됩니다．（예： 2mA ×

200Ω＋0.6 = 1.0V）

다음에 필요한 베이스 전류（Ib)를 전류 증폭율(hfe)에 의해 계산하면

Ib = Ic ÷ hfe（예：2mA÷100 = 0.02mA hfe=100）가 됩니다.

여기에서 베이스 저항은 베이스 전류의 １０배 이상의 전류가 흐르게 하여

베이스전류 및 베이스 전압이 변동하지 않도록 하며 R1，R2 는 다음과 같이

계산합니다.

R1 = （Vcc - Vb) ÷（10×Ic）, R2 = Vb ÷ (10 × Ic)

(예：R1=(5V-1V)÷10×0.02mA=20KΩ R2=1V÷(10×0.02mA)=5KΩ ）

4.커플링 콘덴서(Cin)의 용량결정

교류신호를 증폭하는 경우는 직류전압과 무관하게 하기 위해 커플링

콘덴서（Cin）가 필요해집니다．이 값은 입력신호의 최저 주파수（ｆｃ）에

대하여 충분히 무시할 수 있는 임피던스가 되도록 해야 합니다. 입력용

콘덴서 Cin 은 트랜지스터의 입력 임피던스를 Rin 이라고 한다면

ｆｃ ＞ １÷（2π × Rin × Cin) 이 되도록 정해야 하며 입력 임피던스 Rin 은

대략 R1 과 R2 의 병렬 저항값이 됩니다.

예：ｆｃ를 20Hz 라고 할때 Cin > １／(6.3 × 4KΩ × 20Hz) = 2μF

Cｉｎ = 4.7μF 정도를 사용하면 좋습니다,）

5. 바이패스 콘덴서（Ce）의 결정

이미터의 콘덴서도 최저 주파수에 대하여 충분히 낮은 인피던스가 되도록

정해야 하며

Ce ＞ １÷（２π × ｆｃ × Re）로 구합니다．

예： Ce＞１／（6.3×20Hz×200Ω）=40μF → Ce=100μF）

《참고》직류증폭시는 Cin 이나 Ce 는 불필요 하기 때문에 사용하지 않아도

좋습니다.

트랜지스터와 FET

트랜지스터의 종류 트랜지스터는 반도체 가운데에서도 가장 ㅁ많이 쓰여왔던 기본적인 반도체 부품으로

증폭 작용을 발견하여 사용되기 시작 하였습니다. 트랜지스터에는 상당히 많은

종류가 있으며 용도나 특성에 따라 아주 많은 종류가 만들어지고 있으나 흔히

사용되며 비교적 쉽게 입수할 수 있는 것으로서 기본적인 분류를 한다면 아래와

같습니다.

1. 트랜지스터 : 접합형의 트랜지스터로「전류」를 증폭하는 작용이 있습니다 ．

NPN 트랜지스터

접합의 구성에 의한 종류로 플러스 전원으로 동작합니다．

２SC××× ：고주파 용（저주파용에도 사용할 수 있다）

２SD××× ：저주파 용

PNP 트랜지스터

접합의 구성에 의한 종류로 마이너스 전원으로 동작합니다．

２SA××× ：고주파 용（저주파용에도 사용할 수 있다）

２SB××× ：저주파 용

고주파용과 저주파용의 구별은 명확하지 않으며 제조업체(등록업체)의 지정에

의해 정해집니다. 예를들면 200MHz 정도의 저주파용도 있는가 하면 30MHz

이하의 고주파용도 있습니다.

2. 전계효과 트랜지스터（FET)

진공관과 비슷한 원리로 입력 전압으로 출력 전류를 제어하는 특성을 갖고

있습니다．

접합형 FET : 입력 게이트가 반도체의 접합으로 구성되고 있는 ＦＥＴ 로

트랜지스터와 비교하여 훨씬 적은 입력 전류로 동작합니다．

ＭＯＳ 형 ＦＥＴ: 입력 게이트가 산화 실리콘 박막으로 절연되어 있는

ＦＥＴ로 상당히 높은 입력 임피던스（전류가 흐르지 않는）를 갖고 있는 것이

특징입니다．

회로도 기호 앞에서 분류한 각 트랜지스터 회로의 기호는 다음과 같습니다.

회 로 기 호 약 호 명 칭 기 능

ＴＲ NPN 트랜지스터 증폭，스위칭 용

ＴＲ PNP 트랜지스터 〃

ＦＥＴ 전계 효과 트랜지스터 고 입력 임피던스

증폭，스위칭 용

ＦＥＴ 전계 효과 트랜지스터 〃

ＭＯＳ

ＦＥＴ 전계 효과 트랜지스터 〃

ＭＯＳ

ＦＥＴ 전계 효과 트랜지스터 〃

소신호용

트랜지스터

비교적 작은전류 （300mA 이하）를 취급할

때 사용하는 트랜지스터입니다.

형태에 따른 이름이 있으며 왼쪽에서 부터

SST TO-92 TO-18 로 부르며 이것은

외형의 이름입니다.

단자는 바닥에서본 밑그림을 기준으로 합니다.

대전류용

트랜지스터

대전류용 으로 사용되는

트랜지스터입니다．좀더 큰 전류용도

있으나 여기서는 생략했습니다.

외형의 이름은 왼쪽에서부터 TO-92

TO-220 TO-3 입니다.

단자는 바닥에서본 밑그림을 기준으로

합니다.

대형의 트랜지스터는 대부분 방열판을 이용하며 방열판에 취부시는 방열판과

트랜지스터 사이에 열전도성이 좋은 시트를 삽입하며 나사에는 절연부시를 삽입하여

트랜지스터와 방열판을 완전히 절연하는 것이 필요합니다.(때로는 절연하지 않는

것이 더 좋을 때도 있음)

규격표 보는법 트랜지스터의 규격표는 아래표와 같이 되어 있습니다．

최대정격 (Ta=25)

항 목 기 호 정 격 단 위

콜렉터 베이스간 전압 VCBO 60 V

콜렉터 에미터간 전압 VCEO 50 V

에미터 베이스간 전압 VEBO 5 V

콜렉터 전류 IC 150 mA

베이스 전류 IB 50 mA

콜렉터 손실 PC 400 mW

접합부 온도 Tj 125

보관온도 Tstg -55 ~ 125

최대정격 (Ta=25)

항목 기호 측정조건 최소 표준 최대 단위

콜렉터 차단 전류 ICBO VCB = 60V, IE = 0 - - 0.1 μA

에미터 차단 전류 IEBO VEB = 5V , IC = 0 - - 0.1 μA

직류 전류 증폭률

또는 펄스 증폭률

hfe(1)(注) VCE = 6V , IC = 2mA 70 - 700

hfe(2)

VCE = 6V , IC =

150mA 25 100 -

콜렉타 에미터간

포화전압 VCE

IC = 100mA , IB =

10mA - 1.0 0.25 V

베이스 에미터간

포화전압 VBE

IC = 100mA , IB =

10mA - - 1.0 V

이득 대역폭 fT VCE = 10V , IC = 1mA 80 - - MHz

콜렉터 출력 용량 Cob VCE = 10V , IE = 0, f =

1MHz - 2.0 3.5 pF

베이스 확산 저항 rbb' VCE = 10V , IE = 0, f =

30MHz - 50 - Ω

잡 음 지 수 NF VCE = 6V , IC = 0.1mA,

f = 1KHz, RG = 10KΩ - 1.0 10 dB

이 규격표로부터 다음과 같은 데이터를 얻을 수 있습니다.

이 트랜지스터는 콜렉터 에미터간 최대 전압(Vceo)이 ５０V 이기 때문에 여유있게

２５V 이하에서 사용하는 것이 좋으며, 최대 150mA 까지 흐르게 할 수 있지만

콜렉터 손실이 400mW 이기 때문에 10V 로 사용했다고 한다면 400 / 10 = 40 으로

40mA 로 억제할 필요가 있다．전류 증폭율 hfe 는 통상은 100 정도，선별로 GR 을

선택하면 200 은 확보할 수 있다.·완전하게 ON 할 때의 컬렉터 전압은 최대 0.25V

이하로 할 수 있다．·주파수 대역은 ｆT 가 80MHz 이기 때문에 80 / hfe 로

대체로 800KHz 정도까지는 사용할 수 있다.

GIC(Generated Immitance Converter) 회로

이 회로의 존재 이유 이 회로는 임의의 임피던스를 만들어 내는 회로입니다.

FDNR (Frequency Dependant Negative Resistor)소자나 반도체 인덕터에 이용

할 수 있습니다.

동작 설명

이 소자는 5 개의 선형 소자를 적당히 배치한것으로 임의의 임피던스 특성을

얻을 수 있도록 한것입니다. 5 개의 소자는 저항이나 콘덴서가 사용되며 입출력

단자를 같이 사용하고 있습니다. 이 단자와 GND 의 임의의 임피던스 소자가

연결된 것과 같은 회로를 구성한 회로입니다. 이회로의 임피던스는

Z = (Z1 * Z3 * Z5) / (Z2 * Z4)

입니다.

예를 들어 왼쪽의 그림과 같이 Z4 의 부분에 콘덴서를 사용하고 나머지를

저항으로 하면 반도체 인덕터를 만들 수 있으며 임피던스는

Z = jω (R1 R3 R4 C1) / (R2)

이며, Z1 과 Z5 를 콘덴서로 하고 나머지를 저항으로 하면 FDNR 소자를 만들

수 있으며 임피던스는

Z = -D / ω2

입니다. 이 GIC 회로는 주로 까다로운 특성의 필터회로에 많이 사용됩니다.

J-FET 와 MOS-FET 의 차이점과 사용법

트랜지스터와 똑같다 트랜지스터 회로의 설계는 쉽게하지만 FET 는 좀 골칫거리라고 생각하는

사람이 많을 것이라 생각합니다. 그 이유중 하나는 FET 에는 접합형태(J-

FET)나 MOS 형태가 있으며 MOS 형도 인한스먼트 나 디프레션타입으로

구분되어 다소 복잡하고 까다롭게 생각 되지 않을까 합니다. 또한 FET 를

소개할때 「역전압을 걸지 않으면 안 된다」라고 하는 경우가 많기 때문에

어렵다는 선입관을갖고 있는 것 같습니다.

그러나 FET 는 트랜지스터와 똑같이 사용하기 쉬운 부품이라는 것을 강조하고

싶습니다.

FET 의 회로기호 J-FET(J : 접합형)의 회로도 기호는 아래의 그림과 같이 사용합니다.

이 름 N-channel J-FET P-channel J-FET

기 호

MOS-FET(MOS：금속 산화물의 의미)의 회로도 기호는 다음 그림과 같습니다.

이 름 N-channel MOS-FET P-channel MOS-FET

기 호

FET 의 특성(VGS-ID 특성) 다음 그림은 각 FET 의 특성입니다. N 채널 FET 에서는 게이트 전압(소스를

기준으로 한 전압, VGS 라고 한다)이 높을수록 드레인·소스간 전류가 흐르기

쉬워지며 이것은 JFET 에서나 MOSFET 나 같습니다.

N-JFET NMOS(디프레션) NMOS(인한스먼트)

위에서 보듯이 모든 종류의 FET 는 전류가 흐르기 시작하는 전압이 각각

다를뿐 기본적으로 같은 특성을 갖고 있음을 알 수 있습니다. JFET 나 MOS

디프레션형에서는 게이트 전압을 점차 낮추면 전류가 흐르지 않게 되는 점이

있습니다. 이것을 핀치오프전압이라고 하여 Vp 로 나타냅니다. 또한 게이트

전압이 0V 일때 전류는 IDSS 라고 하여 FET 의 특성을 나타내 중요한

파라미터가 되고 있습니다.

다음은 P 채널 FET 의 특성입니다. 트랜지스터에 NPN 과 PNP 가 있듯이

FET 도 N 채널과 P 채널로 구분하며 트랜지스터의 NPN 과 PNP 의 관계처럼

전압의 가하는 방법만 반대로 됩니다.

P-JFET PMOS(디프레션) PMOS(인한스먼트)

스위칭 회로에 적합 N 채널·인한스먼트형 MOS-FET 는 VGS 가

정의 영역에서 드레인에 전류가 흐릅니다.

이것은 보통 NPN 트랜지스터와 똑같이

사용할 수 있다는 것을 의미합니다. 실제로

NPN 트랜지스터를 MOSFET 로 그대로

옮겨놓아도 정상동작하는 경우는 많습니다.

• P 채널·인한스먼트형 MOS-FET 는 PNP 트랜지스터를 생각하면

좋을것입니다.

• 이러한 특성은 게이트 전압으로 흐르는 전류를 스윗칭 할 수 있으므로

최근에는 파워 MOSFET 라고 하는 것을 많이 사용되게 되었습니다.

기본적으로는 스위칭 트랜지스터와 똑같이 사용하고 있습니다.

• 디프레션 MOSFET 는 게이트 전압을 0V 로해도 완전 OFF 가 되지 않기

때문에 스위칭 회로에는 많이 사용되지 않습니다.

• MOSFET 는 게이트 전압을 높게 하면 얼마든지 큰 전압을 흘릴 수 있기

때문에 스위칭 회로에 많이 이용되지만 JFET 는

IDSS 보다 큰 전류를 흘릴 수가 없기 때문에 스윗칭

목적으로는 적합 하지 않습니다.

• JFET 는 게이트에 역바이어스를 걸어서 동작 시키지만

게이트와 드레인 소스간에 다이오드가 ON 되지 않을

정도의 미소한 순방향 전압을 걸어주면 IDSS 는 좀 더

흘릴 수 있습니다.