작동 트랜스컨덕턴스 앰프

Operational transconductance amplifier
OTA를 위한 도식 기호.표준 작동 증폭기와 마찬가지로 인버팅(-) 및 비인버팅(+) 입력, 전원 공급 라인(V+ 및 V-), 단일 출력을 모두 가지고 있다.기존의 op-amp와는 달리, I와abc I라는bias 두 개의 추가 바이어싱 입력이 있다.

작동식 트랜스컨덕턴스 앰프(OTA)는 차동 입력 전압이 출력 전류를 생성하는 앰프다.따라서 전압 제어 전류 소스(VCCS)이다.앰프의 전도를 제어하는 전류에는 대개 추가 입력이 있다.OTA는 높은 임피던스 차동 입력단계를 가지고 있으며 음성 피드백과 함께 사용될 수 있다는 점에서 표준 작동 증폭기와 유사하다.[1]

상용화된 최초의 집적회로기기는 1969년(General Electric에 인수되기 전) RCA에 의해 CA3080의 형태로 생산되었다.[2]대부분의 유닛은 양극성 트랜지스터로 구성되지만 전계효과 트랜지스터 유닛도 생산된다.OTA는 출력이 전류이기 때문에 일반 op암페어처럼 대부분의 표준 op암페어 기능에서 그 자체로 유용하지 않다.[citation needed]그것의 주요 용도 중 하나는 표준 op-amps로 구현하기 더 어려운 가변 주파수 오실레이터 및 필터와 같은 전자 제어 애플리케이션과 가변 이득 증폭기 단계를 구현하는 것이다.

표준 작동 증폭기와 주요 차이점

  • 그것의 전류 출력은 출력이 전압인 표준 작동 증폭기의 출력과 대비된다.
  • 그것은 대개 "개방형 루프"로 사용된다; 선형 적용에서 부정적인 피드백이 없다.이는 출력에 부착된 저항의 크기가 출력 전압을 제어하기 때문에 가능하다.따라서 높은 차동 입력 전압에서도 출력이 포화 상태에 빠지지 않도록 하는 저항을 선택할 수 있다.

기본조작

이상적인 OTA에서 출력 전류는 차동 입력 전압의 선형 함수로서 다음과 같이 계산된다.

여기서 Vin+ 비반복 입력에서의 전압이고, Vin− 반전 입력에서의 전압이며, g는m 앰프의 전도성이다.

앰프의 출력 전압은 출력 전류와 부하 저항의 산물이다.

전압 게인은 출력 전압을 차동 입력 전압으로 나눈 값:

앰프의 전도는 일반적으로abc I("증폭기 바이어스 전류")로 표시된 입력 전류에 의해 제어된다.앰프의 전도는 이 전류에 정비례한다.앰프 게인 등의 전자 제어에 유용한 기능이다.

비이상적 특성

표준 op-amp와 마찬가지로, 실용적 OTA는 일부 비이상적 특성을 가지고 있다.여기에는 다음이 포함된다.

  • 입력단 트랜지스터의 특성으로 인해 높은 차동 입력 전압에서의 입력단 비선형성.CA3080과 같은 초기 장치들에서 입력 단계는 차동 증폭기 구성에서 연결된 두 개의 양극성 트랜지스터로 구성되었다.이 연결부의 전달 특성은 20mV 이하의 차동 입력 전압에 대해 대략 선형이다.[3]출력을 선형화하기 위한 부정적인 피드백이 없기 때문에 OTA가 개방형 루프를 사용할 때 이는 중요한 제한이다.이 매개변수를 개선하기 위한 한 가지 계획이 아래에 언급되어 있다.
  • 전도의 온도 민감도.
  • 입력 및 출력 임피던스, 입력 바이어스 전류 및 입력 오프셋 전압의 변화(전류 제어 전류 Iabc).

후속 개선

이전 버전의 OTA에는 Ibias 단자(도표에 표시됨)나 다이오드(주변에 표시됨)가 없었다.그것들은 모두 후기 버전에서 추가되었다.다이어그램에 나타낸 것처럼 다이오드의 양극은 함께 연결되어 있고, 한 개의 음극은 비역전 입력(Vin+)에, 다른 하나의 음극은 역전 입력(Vin-)에 각각 연결되어 있다.다이오드는 Ibias 단자에 주입되는 전류(Ibias)에 의해 양극에서 편향된다.이러한 추가는 OTA에 두 가지 실질적인 개선을 가져다 준다.첫째, 입력 저항기와 함께 사용할 경우 다이오드는 차동 입력 전압을 왜곡하여 높은 차동 입력 전압에서 상당한 양의 입력 단계 비선형성을 상쇄한다.내셔널 반도체(National Semiconductor)에 따르면, 이들 다이오드를 추가하면 입력 단계의 선형성이 4배 증가한다고 한다.즉, 다이오드를 사용하여 차동 입력의 80mV에서의 신호 왜곡 수준은 20mV의 차동 입력에서 단순 차동 증폭기의 그것과 동일하다.[4]둘째, 편향된 다이오드의 작용은 OTA의 전도에 대한 온도 감도의 상당 부분을 상쇄한다.

두 번째 개선사항은 OTA가 있는 칩에 옵션 사용 출력 버퍼 앰프를 통합하는 것이다.이것은 사실 OTA 자체의 개선보다는 회로 설계자에게 편리하다. 즉, 별도의 완충재를 사용할 필요를 감안하여 조제한다.또한 출력 전류를 전압으로 변환하여 OTA를 원하는 경우 전통적 op-amp로 사용할 수 있도록 한다.

이 두 가지 특징을 모두 결합한 칩의 예로는 내셔널 반도체 LM13600과 그 후속 제품인 LM13700이 있다.[5]

참고 항목

메모들

  1. ^ Jung, W.G., IC Op-Amp Cookbook (Howard W. Sams -Bobs Merrill First Ed. 1974년) 페이지 440 et Seq.
  2. ^ CA3080
  3. ^ Jung, W.G. IC Array Cookbook (Hayden, 1980) 페이지 40-41.
  4. ^ LM 13700 – Graph of Distration v. Differential Input Voltage (National Semiconductor, 2004년 6월) 페이지 6.
  5. ^ "LM13700 Dual Operational Transconductance Amplifiers With Linearizing Diodes and Buffers" (PDF). Texas Instruments. 15 December 2015. Retrieved 26 January 2016.

외부 링크