전압 증폭도 10dB의 증폭기와 20dB의 증폭기를 직렬로 연결시켰을 때 종합증폭도는 몇[dB]로 나타내는가 ?
- 10
- 200
- 2
- 30
정답과 해설 보기
정답 ④ · dB로 표시된 두 증폭기를 직렬 연결했을 때 종합증폭도를 구하는 문제이다. dB는 로그 단위이므로 이득을 곱하는 직렬 연결은 dB 값의 덧셈으로 계산된다.
데시벨(dB) 단위 증폭도는 직렬 연결 시 각 단계의 dB 값을 단순 합산한다.
개념 한 쪽
전자캐드기능사 연산증폭회로 — 부궤환·CMRR·dB 연산
연산증폭회로 관련 문제는 부궤환의 특성, dB 단위 연산, 차동·동상 이득과 CMRR 계산을 주로 묻는다. 대표 유형은 부궤환이 이득과 주파수 특성에 미치는 영향, dB 값의 덧셈 규칙, 차동 이득과 동상이득의 비를 데시벨로 환산하는 계산 문제이다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「연산증폭회로」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| dB 이득 합산 | 1 | dB 단위로 주어진 증폭기들의 총 이득을 구하기 |
| h 파라미터 기호 판별 | 1 | h 파라미터 표기에서 출력 컨덕턴스 기호를 가리기 |
| CMRR 계산 | 1 | 차동 이득과 동상이득으로부터 CMRR(dB)을 계산하기 |
뜻
부궤환 증폭기는 출력의 일부를 입력으로 되돌려 증폭기 전체의 성능을 조절하는 방식이다. 부궤환을 걸면 전체 이득이 감소하지만 안정성·선형성·잡음 감소·대역폭 확장과 같은 장점이 발생한다. 따라서 부궤환과 이득의 관계는 이득을 희생하여 안정성을 얻는 트레이드오프 관계로 이해한다.
데시벨(dB)은 로그 단위로 증폭도나 전력비를 표현하는 방식이다. 서로 직렬로 연결된 증폭기의 이득이 dB 단위로 주어지면 전체 이득은 각 단계의 dB 값을 산술적으로 더하면 된다. 반대로 선형 이득(배수)으로 주어질 때는 곱셈을 먼저 하고 로그 변환을 수행한다.
차동 이득(Ad)과 동상 이득(Ac)의 비를 나타내는 동상신호제거비(CMRR)는 차동 신호 대비 동상 신호 제거 능력을 나타내는 지표이다. CMRR을 데시벨로 표현할 때는 CMRR(dB) = 20 × log10(Ad/Ac) 공식을 적용한다. CMRR 값이 클수록 동상 신호에 대한 제거 능력이 우수하므로 성능 지표 해석에서 큰 값이 바람직하다고 본다.
연산증폭기 및 증폭기 관련 계산 문제는 로그와 지수의 기본 값들(예: log10(10)=1, log10(100)=2 등)을 활용하면 빠르게 풀이할 수 있다. 또한 부궤환 이득 계산에서는 Af = A / (1 + Aβ) 공식을 사용하여 분모의 1을 빠뜨리지 않도록 주의해야 한다.
예제
1) dB 단위 합산 예시: 전압 증폭도가 10dB와 20dB인 두 증폭기를 직렬로 연결하면 총 이득은 10dB + 20dB = 30dB가 된다. dB 단위에서는 단순히 더하는 것이 정석이다.
2) CMRR 계산 예시: 차동 이득 Ad가 1000이고 동상 이득 Ac가 10이면 Ad/Ac = 100이다. CMRR(dB) = 20 × log10(100) = 20 × 2 = 40dB가 된다.
3) 부궤환 이득 예시: 무궤환 이득 A가 100이고 궤환율 β가 0.09이면 Af = A / (1 + Aβ) 이므로 Af = 100 / (1 + 9) = 10이 된다.
대표 기출 3문항
이미터 접지 증폭기 회로에서 출력 컨덕턴스를 나타내는 기호는?
- hoe
- hie
- hre
- hfe
정답과 해설 보기
정답 ① · 이미터 접지 증폭 회로의 h 파라미터 중 출력 컨덕턴스를 나타내는 기호를 묻는 문제이다. h 파라미터는 입력 임피던스 hie, 역전압 이득 hre, 전류 증폭도 hfe, 출력 컨덕턴스 hoe로 구성된다.
하이브리드 파라미터(h 파라미터)에서 출력 컨덕턴스는 hoe로 표기하며, e는 emitter, o는 output, e는 conductance를 의미합니다.
연산 증폭기에서 차동 이득(Ad)이 1000, 동상 이득(Ac)이 10일 때 동상 신호 제거비(CMMR)는 몇 데시벨인가?
- 10
- 20
- 40
- 100
정답과 해설 보기
정답 ③ · 연산 증폭기의 CMRR 값을 데시벨로 계산하는 문제이다. CMRR은 차동 이득을 동상 이득으로 나눈 값의 상용로그에 20을 곱하여 구한다.
CMRR은 차동 이득을 동상 이득으로 나눈 값의 로그에 20을 곱한 데시벨(dB) 단위입니다.
자주 묻는 물음
- 부궤환을 걸면 어떤 점이 바뀌나요?
- 부궤환을 걸면 전체 이득은 감소하지만 안정성·선형성·잡음 감소·대역폭 확대 같은 이점이 생긴다.
- dB 단위 이득을 더할 수 있는 경우는 언제인가요?
- 증폭기들이 dB 단위로 주어져 있고 직렬 연결되어 있을 때에는 각 단계의 dB 값을 산술적으로 더하여 총 이득을 구한다.
- CMRR을 구할 때 사용하는 공식은 무엇인가요?
- CMRR(dB)는 20 × log10(차동 이득 Ad ÷ 동상 이득 Ac) 공식을 사용하여 계산한다.
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