[전자공학] 전압-전류 변환 회로

[혜천]

전압-전류 변환 회로
NPN TR을 이용한 회로		NPN 트랜지스터를 사용한 전압-전류 변환 회로입니다. 이것은 마이너스 전압을 전류로 변환하는 V-I변환 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 그1/(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) /R1의 이미터 전류가 흐르며 그 Hfe/(1+Hfe) 배 (거의 1에 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 TR을 이용한 회로		PNP 트랜지스터를 사용한 전류-전압 변환회로니다. 이것은 플러스 전압을 전류 로 변환하는 V-I변환 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. 65V이므로 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 그1/(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) /R1의 이미터 전류가 흘르고 그 Hfe/(1+Hfe) 배(거의 1에 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-I변환 회로를 간단하게 만들 수 있습니다.