Voltage Amplifier

전압 이득(Voltage Gain) 계산

소스 전압원 $V_s$와 내부 저항 $R_s$가 있을 때, 입력 전압 $V_{in}$은 다음과 같이 계산된다.

$V_{in} = \frac{R_{in}}{R_s + R_{in}} \cdot V_s$

출력 전압 $V_{out}$은 부하 저항 $R_L$과 출력 저항 $R_{out}$을 고려하여 다음과 같이 표현된다.

$V_{out} = \frac{R_L}{R_L + R_{out}} \cdot A_V \cdot V_{in}$

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전압 이득(Voltage Gain)과 dB 변환

전압 이득 $A_V$는 일반적으로 데시벨(dB) 단위로 표현되며, 다음과 같은 식으로 변환된다.

$dB = 20 \log A_V$

이는 로그 스케일(log scale)로 표현되며, 전압 이득이 기하급수적으로 변화함을 나타낸다.

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Conductance Amplifier (컨덕턴스 증폭기)

컨덕턴스 증폭기는 입력 저항 $R_i$과 출력 저항 $R_o$을 포함하며, 전류 제어 증폭기로 동작한다.

주요 요소

• $R_i$ (Input Resistance, 입력 저항)
• $g_m$ (Short-Circuit Transconductance, 단락 전도율)
  • $R_L = 0$으로 단락시키면, 출력 전류 $I_{out}$이 부하 저항 $R_L$을 통해 흐르게 되어 $g_m$과 동일하게 동작한다.
• $R_o$ (Output Resistance, 출력 저항)

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회로 해석

입력 전압 $V_{in}$은 다음과 같이 정의된다.

$V_{in} = \frac{R_{in}}{R_s + R_{in}} \cdot V_s$

트랜스컨덕턴스 $g_m$을 고려하면, 출력 전류는 다음과 같이 표현된다.

$g_m V_{in} = g_m \left(\frac{R_{in}}{R_s + R_{in}}\right) V_s$

출력 전압 $V_o$는 출력 저항 $R_o$와 부하 저항 $R_L$이 병렬로 연결된 형태를 고려하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

$V_o = g_m \left(\frac{R_{in}}{R_s + R_{in}}\right) V_s \cdot (R_{out} // R_L)$

여기서 $R_{out} // R_L$는 $R_{out}$과 $R_L$의 병렬 조합을 의미한다.

즉,
$V_o = g_m \left(\frac{R_{in}}{R_s + R_{in}}\right) V_s \cdot \frac{R_{out} R_L}{R_{out} + R_L}$

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Voltage Amplifier와의 비교

출력 전압 식을 다시 정리하면, 다음과 같은 형태로 변환할 수 있다.

$V_o = \left(g_m R_{out}\right) \left(\frac{R_{in}}{R_s + R_{in}}\right) V_s \cdot \frac{R_L}{R_{out} + R_L}$

여기서 전압 이득 $A_{vo}$ 을 정의하면,

$A_{vo} = g_m R_{out}$

즉, 전압 증폭기(Voltage Amplifier)와 동일한 형태의 식이 나타난다.

이것이 의미하는 바는,

• 컨덕턴스 증폭기는 결국 전압 증폭기와 유사한 특성을 가지며, 차이점은 "전류 관점"에서 해석되느냐, "전압 관점"에서 해석되느냐의 차이이다.
• 전류를 기준으로 보면 컨덕턴스 증폭기이고,
• 전압을 기준으로 보면 전압 증폭기이다.

즉, 전압과 전류의 관계만 다를 뿐, 같은 원리를 공유하는 증폭기 모델이다.