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증폭
증폭(增幅, amplification)은 사물의 범위가 늘어나 커짐 또는 사물의 범위를 넓혀 크게 한다는 뜻이다.
개요[편집]
어떤 회로의 입력단자에 작은 신호를 넣었을 때 출력단자에 큰 신호가 나타나는 경우 이 신호는 증폭되었다고 한다. 신호의 세기(전력)를 높이기 위해 쓰이는 전기 회로를 증폭회로라고 한다. 증폭 회로를 통과한 출력 신호는 원래 입력신호와 모양이 같다.
증폭하는 신호의 대상은 전압, 전력 등 여러 가지이지만 어느 것이나 증폭되는 신호는 증폭회로 안에서 자연히 커진 것이 아니고, 외부에서 별도 공급되는 큰 직류전원을 입력단자에 입력시키는 입력신호로 제어하여 실질적으로 대신호로 하여 출력단자로 잡아 내는 구조로 되어있다. 따라서 증폭회로는 증폭용 직류전원이 없으면 증폭작용을 하지 못한다. 증폭회로로서는 전자관과 트랜지스터로 대표되는 반도체가 있는데 반도체는 소형이고 값도 싸며 가열전원도 불필요하기 때문에 앞으로는 반도체가 널리 사용될 전망이다.
증폭회로의 특성을 나타내는 파라미터는 수 많이 있으며 그 중에서도 대표적인 것으로는 주파수 특성과 증폭도(이득)가 있다. 주파수 특성이란, 증폭회로가 어느 정도의 주파수를 증폭하는데 적합한가를 나타내는 파라미터로서, 예를 들면 라디오나 텔레비전의 안테나에서 얻는 미소전파 입력을 증폭하기 위해서는 고주파 입력을 증폭하는데 적합한 고주파 증폭회로를 사용할 필요가 있다.
또 증폭회로는 확성기, 볼륨이 달린 전자기기에는 반드시 사용되는데 이 증폭회로가 어느 정도의 증폭작용을 하고 있는가를 나타내는 것이 증폭도 혹은 이득(利得)이다. 일반적으로도 증폭도의 경우는 입력전압, 전력 등과 출력전압, 전력 등의 비율로 나타내지만 이득은 이 비율의 대수를 취해서 데시벨［㏈］단위로 표시한다.
증폭의 특성 요소[편집]
증폭기의 질은 다음과 같은 요소에 의해 특성화된다:
- 이득(증폭도, Gain), 입력과 출력의 크기 비.
- 대역폭(Bandwidth), 처리 가능한 주파수 범위
- 효율(Efficiency), 전체 증폭을 위해 사용한 전력 소모량 대 출력에 나타난 전력량의 비.
- 선형성(Linearity), 입력 신호에 대해 출력에 나타난 신호 왜곡의 정도.
- 잡음(Noise), 증폭회로에서 원하지 않게 추가되는 불필요한 신호.
- 출력 범위(Output dynamic range), 출력에서 유용한 가장 작은 신호 레벨의 정도와 가장 큰 신호 레벨의 비.
- 슬로우 비(Slew rate), 출력의 신호가 변화하는 최대 비. (시간적 변화에서).
- 스텝 응답(step response)에서의 상승 시간(Rise time), 설정 시간(settling time) 그리고 과도반응(overshoot) 등의 특성.
- 증폭기에서 신호 피드백에 의한 신호 발진을 피하기 위한 안정도(Stability)
증폭회로의 선형성이 깨지면 특정 전압에서 신호 왜곡이 올 수 있다. 신호 측면에서 전압의 크기는 설계된 양 끝단에 잘 나타난다.
잡음은 신호의 크기에 따라 영향을 받는다. 전압이 상당히 낮으면 증폭과정에서 잡음이 끼어들 가능성이 높다. 따라서 회로 설계 뿐만 아니라 PCB 설계 등에서 영향을 받지 않도록 고려할 상황이 발생하기도 한다.
증폭의 원리[편집]
"신호를 증폭한다"라고 하면 무심코 신호 그 자체가 그대로 확대돼 지는 것으로 생각되기 쉽지만, 실제로는 전원에서 증폭회로에 공급(직류 전원)해 놓은 에너지를 작은 입력 신호에 의한 제어에 따라 큰 출력 신호의 형태로 변환하는 것이다.
증폭회로의 구성을 예로 들어 설명하면, 신호원의 출력(mV)이 작으므로 이것을 어느 일정한 크기(500mV)로 증폭(전치 증폭기)하고, 스피커를 크게 울리게 하는데 필요한 전력을 주증폭기로 증폭한다.
증폭기[편집]
모스(Morse) 전신기가 발명된 것은 1837년이다. 이 발명은 그 당시만 하더라도 획기적인 것으로 인기가 높았는데, 원리는 단순히 전류를 단속해 신호를 보내는 것에 지나지 않는 것이었다. 그러나 시대가 진보함에 따라 온도, 속도, 빛의 세기 등 온갖 물리적인 성질을 전기 신호로 변환 할 수 있게 되면서 전기의 이용도는 매우 넓어졌다.
그런데 이 신호를 담당하는데 절대적으로 필요한 것이 증폭기다. 신호로서 중요한 것은 우리가 이것을 감지해야 된다는 것이다. 이것을 위하여 신호에 일을 시킬 필요가 있다. 예를 들면 신호에 의해 스피커를 울리게 하던가, 기록계를 동작시키던가, 그와 같이 함으로써 우리는 확실히 신호가 무엇이지를 이해하게 될 것이다.
작은 에너지의 진폭을 큰 에너지의 진폭으로 고칠 필요성이 있는 것은 이 때문인 것이다. 그 역할을 담당하는 것이 증폭이다.
신호의 크기를 크게 만들어 주는 전자기기를 뜻한다. 주로 증폭기를 의미하는 앰플리파이어의 약자인 앰프라고 불린다. 전기신호 이외에도 빛이나 자기장 같은 신호를 증폭시키는 기구도 앰프라고 칭하는 경우도 있기는 하지만 보통 앰프라고 하면 주로 전기장치에 대해 다룬다.
무선통신 장비, 스피커 앰프, 센서 종류 등 출력이나 통신에 관련된 모든 전자/전기 장비에는 앰프가 들어있다고 봐도 무방하다. 외부에서 공급되는 에너지로 신호를 증폭시켜 내보내야하기 때문에 능동소자로 만들어진다. 연산 증폭기(Operational Amplifier, OP AMP), 접합형 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT)와 MOSFET이 주류 소자이다. 다양한 영역에서 사용되는지라 수십 원에서 수억 원에 달하는 매우 많은 종류의 앰프들이 반도체 제조회사들에 의해 만들어진다.
참고자료[편집]
- 〈증폭〉, 《나무위키》
- 〈https://terms.naver.com/entry.naver?docId=869904&cid=42388&categoryId=42388〉, 《첨단산업기술사전》
- 〈증폭 회로〉, 《위키백과》
- 〈앰프〉, 《나무위키》
- 김유활 기자 , 〈반도체 기초지식 증폭회로의 원리〉, 《헬로T》, 2018-09-05
같이 보기[편집]
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