KR20030037011A - 출력전압이 가변되는 앰프 회로 - Google Patents

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Abstract

증폭하고자 하는 신호의 세기에 따라 출력전압의 크기를 변화시킬 수 있는 앰프 회로를 제공한다.
출력전압이 가변되는 앰프 회로는 구동 신호를 증폭하는 전압 증폭부, 전압 증폭부의 출력 전류를 검출하고, 출력 전류에 비례하는 가변전압을 생성하기 위한 전압 가변부 및 전압 가변부로부터 출력되는 가변 전압을 입력받아 전압 증폭부에서 증폭된 구동 신호를 증폭하기 위한 전류 증폭부를 구비한다.
이와 같은 앰프 회로에 의하면 전력 손실을 최소화하여 앰프 회로의 효율을 극대화함은 물론, 앰프의 출력단에서 발생하는 열을 최소화하여 필요한 방열판의 크기를 줄이고 이에 따라 앰프의 부피를 소형화할 수 있다.

Description

출력전압이 가변되는 앰프 회로{Amplifier Circuit for Enable to Transform Output Voltage}
본 발명은 앰프 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력 전압에 따라 출력전압을 변화시켜 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있는 출력전압이 가변되는 앰프 회로에 관한 것이다.
일반적으로 음향 기기에는 선형성이 우수한 A급, B급 및 AB급 증폭기가 채용되고 있다. 이러한 형태의 증폭기는 대출력으로 구현할 경우 막대한 전력 손실이 발생된다. 이에 따라 음향 증폭기에서 음성 에너지로 변환되어 출력되는 에너지 이외에는 모두 열로 변환되기 때문에 증폭기의 온도가 증가하게 된다. 그러므로 이를 냉각하기 위한 방열판이 필연적으로 요구되어 증폭기의 부피가 증가하고 효율이 낮은 단점이 있다.
여러 가지 형태의 증폭기 중 이러한 특징을 극명하게 나타내고 있는 것이 A급 증폭기이다. A급 증폭기는 증폭기의 최대 출력보다 더 큰 출력 손실이 존재하는 증폭기로 그 효율이 50% 이하로 매우 낮은 결함이 있다. A급 증폭기의 이러한 문제점을 개선하기 위하여 채택하고 있는 푸시풀 B급 증폭기의 경우에는 에너지 손실을 줄이기 위하여 2개의 트랜지스터를 에미터 폴로워 형태로 결합하여 사용하는데, 이는 효율은 78.5% 정도로 높은 편이나 신호가 작은 경우 왜곡이 발생하는 단점이 있다.
A급과 B급의 중간형태인 AB급 증폭기는 무신호 시에도 소량의 전류가 흐르지만 그 전류량은 A급 증폭기의 바이어스 전류보다는 훨씬 적은 양이다. A급 증폭기의 특성은 바이어스 전류가 많이 흐를수록 A급에 근사한 반면 바이어스 전류가 적게 흐를수록 B급에 근사해진다.
A급, B급 및 AB급 증폭기의 경우 손실량의 차이는 존재하지만 이론상 가해주는 에너지의 21.5∼50%가 열로 손실되며, 실제로는 40∼70% 정도가 열로 손실된다.그 결과 방열을 위한 수단으로 방열판이나 냉각용 팬이 필요하게 되며, 이에 따라 증폭기의 부피가 증가하고 소음공해 등이 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 입력 전압에 따라 출력단의 전압이 가변되도록 함으로써 전력 손실을 최소화하여 앰프 회로의 효율을 극대화하는 데 그 기술적 과제가 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 출단에서 발생하는 열을 최소화하여 필요한 방열판의 크기를 줄이고 이에 따라 앰프 회로의 부피를 소형화하고자 하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 앰프 회로의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 앰프 회로의 상세 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 증폭부12 : 전압 증폭부
14 : 전류 증폭부20 : 전압 가변부
22 : 전압 검출부24 : 안정화부
26 : 제1 전압 분배부28 : 제2 전압 분배부
N10, N12, N14, N16, N18 : N타입 트랜지스터
P10, P12, P14, P16, P18 : P타입 트랜지스터
OP1 : OP 앰프
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 포지티브 전원전압 및 네거티브 전원전압을 입력받아 구동 신호를 증폭하고자 하는 앰프 회로로서, 상기 구동 신호를 증폭하는 전압 증폭부; 상기 전압 증폭부의 출력 전류를 검출하고, 상기 출력 전류에 비례하는 가변전압을 생성하기 위한 전압 가변부; 및 상기 전압 가변부로부터 출력되는 가변 전압을 입력받아 상기 전압 증폭부에서 증폭된 상기 구동 신호를 증폭하기 위한 전류 증폭부;를 구비한다.
여기에서, 상기 전압 가변부는 상기 전압 증폭부의 출력단으로부터 출력 전류를 검출하고 상기 검출된 출력 전류에 비례하는 전압을 생성하기 위한 전압 검출부 및 포지티브 전원전압 및 네거티브 전원을 입력받아 상기 전압 검출부로부터 출력된 전압의 크기와 비례하는 제1 및 제2 가변전압을 출력하기 위한 안정화부를 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 앰프 회로의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도시된 것과 같이, 본 발명에 의한 앰프 회로는 입력 신호(Vin)를 증폭시키기 위한 증폭부(10) 및 증폭부(10)로부터 출력된 신호의 전류를 감지하고 이를 전압으로 변환하며, 감지된 전압에 비례하는 가변 전압을 출력하여 증폭부(10)로 궤환시키기 위한 전압 가변부(20)를 구비한다.
증폭부(10)는 전압 증폭부 및 전류 증폭부로 이루어져 전압 가변부(20)로부터 궤환된 값에 따라 전류 증폭된 전압을 출력한다(Vout). 전압 가변부(20)는 입력전압에 따라 증폭부(10)의 전압 증폭부에서 증폭된 출력전압으로부터 감지된 전류신호와 비례하는 전압을 출력하는 부분으로서, 증폭부(10)에서 증폭되는 신호 세기마다 다른 크기의 전압을 출력한다.
도 2는 도 1에 도시한 앰프 회로의 상세 구성도이다.
도시된 것과 같이, 증폭부(10)는 전압 증폭부(12) 및 전류 증폭부(14)로 구성된다. 전압 증폭부(12)의 제1 N타입 트랜지스터(N10)는 포지티브 전원단자(Vcc)와 네거티브 전원단자(-Vcc) 간에 접속되어 구동 전압(Vin)에 의해 구동되며, 제1 P타입 트랜지스터(P10)는 포지티브 전원단자(Vcc)와 네거티브 전원단자(-Vcc) 간에 접속되어 구동 전압(Vin)에 의해 구동된다. 또한, 제2 P타입 트랜지스터(P12)는 포지티브 전원단자(Vcc)와 제1 캐패시터(C1) 사이에 접속되어, 제1 N타입 트랜지스터(N10) 및 제1 P타입 트랜지스터(P10)의 턴온 여부에 따라 포지티브 전원전압(Vcc) 및 네거티브 전원전압(-Vcc)에 의해 유기되는 전압에 의해 구동되고, 제2 N타입 트랜지스터(N12)는 제1 캐패시터(C1)와 직렬 접속된 제2 캐패시터(C2) 및 네거티브 전원단자(-Vcc) 사이에 접속되어 제1 N타입 트랜지스터(N10) 및 제1 P타입 트랜지스터(P10)의 턴온 여부에 따라 포지티브 전원전압(Vcc) 및 네거티브 전원전압(-Vcc)에 의해 유기되는 전압에 의해 구동된다.
전류 증폭부(14)의 제3 N타입 트랜지스터(N14)는 제1 가변전압 입력 단자(A) 및 제1 노드(K10) 사이에 접속되어 포지티브 전원전압(Vcc)에 의해 구동되고, 제3 P타입 트랜지스터(P14)는 제1 노드(K10)와 제2 가변전압 입력 단자(B) 사이에 접속되어 제2 캐패시터(C2)로부터 출력되는 전압에 의해 구동된다. 제 4 N타입 트랜지스터(N16)는 제1 가변전압 입력단자(A)와 출력단자(Vout) 사이에 접속되어 제3 N타입 트랜지스터(N14)의 출력전압에 의해 구동되고, 제4 P타입 트랜지스터(P16)는 출력단자(Vout)와 제2 가변전압 입력 단자(B) 사이에 접속되어 제1 노드(K10)에 인가되는 전압에 의해 구동된다.
한편, 전압 가변부(20)는 전압 검출부(22) 및 안정화부(24)로 이루어진다. 전압 검출부(22)는 OP 앰프로 구현할 수 있는데, OP 앰프(OP1)의 반전 입력단자로는 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2) 사이의 단자인 제2 노드(K12)로부터 출력되는 전압 및 OP 앰프(OP1) 출력단자의 피드백 값이 입력되며, OP 앰프(OP1)의 비반전 입력단자는 접지단자에 접속된다.
전압 가변부(24)는 포지티브 전원전압(Vcc) 및 OP 앰프(OP1)의 출력 전압에의해 출력이 가변되는 제1 전압 분배부(26) 및 OP 앰프(OP1)의 출력 전압 및 네거티브 전원전압(-Vcc)에 의해 출력이 가변되는 제2 전압 분배부(28)를 포함한다. 또한, 전압 가변부(24)의 제5 N타입 트랜지스터(N18)는 포지티브 전원단자(Vcc) 및 제1 가변전압 입력단자(A) 사이에 접속되어 제1 전압 분배부(26)로부터 출력되는 전압에 의해 구동되고, 제5 P타입 트랜지스터(P18)는 제2 가변전압 입력단자(B) 및 네거티브 전원단자(-Vcc) 사이에 접속되어 제2 전압 분배부(28)로부터 출력되는 전압에 의해 구동된다.
제1 전압 분배부(26)는 포지티브 전원단자(Vcc) 및 OP 앰프(OP1)의 출력단자 사이에 접속되는데, 보다 상세하게는 포지티브 전원단자(Vcc)와 제3 노드(K14) 사이에 접속되는 제1 저항소자(R10) 및 제3 노드(K14)와 OP 앰프(OP1)의 출력단자 사이에 접속되는 제2 저항소자(R12)로 이루어져, 포지티브 전원전압(Vcc) 및 OP 앰프(OP1)의 출력 전압에 의해 제3 노드(K14)의 전위가 결정되도록 한다. 또한, 제2 전압 분배부(28)는 OP 앰프(OP1)의 출력단자 및 네거티브 전원단자(-Vcc) 사이에 접속되는데, 보다 상세하게는 OP 앰프(OP1)의 출력단자와 제4 노드(K16) 사이에 접속되는 제3 저항소자(R14) 및 제4 노드(K16) 및 네거티브 전원단자(-Vcc) 사이에 접속되는 제4 저항소자(R16)로 이루어져, 네거티브 전원전압(-Vcc) 및 OP 앰프(OP1)의 출력 전압에 의해 제4 노드(K16)의 전위가 결정되도록 한다.
이와 같은 구성을 갖는 앰프 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
포지티브 전원단자(Vcc) 및 네거티브 전원단자(-Vcc)로 전원전압이 인가되고 구동전압(Vin)이 공급된다. 먼저, 구동전압(Vin)이 제1 N타입 트랜지스터(N10)를약하게 턴온시키고 제1 P타입 트랜지스터(P10)를 완전히 턴온시킬만큼 낮은 전압인 경우, 제2 P타입 트랜지스터(P12)는 포지티브 전원전압에 의해 턴오프되고, 제2 N타입 트랜지스터(N12) 또한 턴오프되어 제2 노드(K12)에는 낮은 전압이 유기되게 된다. 제2 노드(K12)가 저전위를 가짐에 따라 흐르는 전류의 양도 미세하며, 이 전류는 전압 검출부(22)로 입력된다.
여기에서, 전압 검출부(22)는 전류-전압 변환부로서 작용하며, 입력되는 전류량에 비례하는 전압을 출력한다. 전압 검출부(22)로부터 출력된 전압은 포지티브 전원전압과 함께 제1 전압 분배부(26)의 출력전압을 결정하는 한편, 네거티브 전원전압과 함께 제2 전압 분배부(28)의 출력전압을 결정한다. 즉, 제3 노드(K14) 및 제4 노드(K16)의 전위는 전압 검출부(22)로부터 출력되는 전압에 비례하고, 이에 따라 제5 N타입 트랜지스터(N18) 및 제5 P타입 트랜지스터(P18)의 턴온 정도가 달라지게 된다. 결국 제1 가변전압 입력단자(A)에는 전압이 거의 인가되지 않으며, 제2 가변전압 입력단자(B)에는 네거티브 전원전압(-Vcc) 만큼의 전위가 인가되게 된다.
이후, 제1 및 제2 가변전압은 전류 증폭부(14)로 입력된다. 전류 증폭부(14)의 제3 N타입 트랜지스터(N14)는 포지티브 전원전압(Vcc)에 의해 턴온되고, 제3 P타입 트랜지스터(P14)는 제2 캐패시터(C2)로부터 출력되는 저전위에 의해 턴온된다. 따라서 제4 N타입 트랜지스터(N16)는 제1 가변전압 입력단자(A)로 입력되는 저전위에 의해 약하게 턴온되고, 제4 P타입 트랜지스터(P16)는 제1 노드(K10)에 인가된 저전위에 의해 완전히 턴온된다. 결국 출력단자(Vout)에는 제1 및 제2가변전압 입력단자(A, B)로부터 입력되는 전압에 의해 저전위가 출력된다.
만약, 구동전압(Vin)이 제1 N타입 트랜지스터(N10) 및 제1 P타입 트랜지스터(P10)를 중간정도 턴온시킬만큼의 전압인 경우, 제2 P타입 트랜지스터(P12) 및 제2 N타입 트랜지스터(N12) 또한 중간 정도로 턴온되게 되고, 제2 노드(K12)에는 중간 정도의 전압이 유기되게 된다. 제2 노드(K12)가 중간 레벨의 전위를 가짐에 따라 흐르는 전류의 양도 그에 비례하며, 이 전류는 전압 검출부(22)로 입력된다.
전압 검출부(22)는 입력되는 전류량과 비례하는 전압을 출력하며, 이는 포지티브 전원전압과 함께 제1 전압 분배부(26)의 출력전압을 결정하는 한편, 네거티브 전원전압과 함께 제2 전압 분배부(28)의 출력전압을 결정한다. 즉, 제3 노드(K14) 및 제4 노드(K16)의 전위는 전압 검출부(22)로부터 출력되는 전압에 비례하고, 이에 따라 제5 N타입 트랜지스터(N18) 및 제5 P타입 트랜지스터(P18)가 역시 중간 정도로 턴온되게 된다. 결국 제1 가변전압 입력단자(A) 및 제2 가변전압 입력단자(B)에는 각각 Vcc/2 및 -Vcc/2 만큼의 전위가 인가되게 된다.
이후, 제1 및 제2 가변전압은 전류 증폭부(14)로 입력된다. 전류 증폭부(14)의 제3 N타입 트랜지스터(N14)는 포지티브 전원전압(Vcc)에 의해 완전히 턴온되고, 제3 P타입 트랜지스터(P14)는 제2 캐패시터(C2)로부터 출력되는 전위에 의해 중간 정도로 턴온된 상태이다. 따라서 제4 N타입 트랜지스터(N16)는 제1 가변전압 입력단자(A)로 입력되는 전위에 의해 중간 정도로 턴온되고, 제4 P타입 트랜지스터(P16)는 제1 노드(K10)에 인가된 전위에 의해 중간 정도로 턴온된다. 결국 출력단자(Vout)에는 제1 및 제2 가변전압 입력단자(A, B)로부터 입력되는 전압에 의해 중간 레벨의 전위가 출력된다.
한편, 구동전압(Vin)이 제1 N타입 트랜지스터(N10)를 완전히 턴온시키고 제1 P타입 트랜지스터(P10)를 약하게 턴온시킬만큼 높은 전압인 경우, 제2 P타입 트랜지스터(P12)는 턴온되고, 제2 N타입 트랜지스터(N12)는 턴오프되어 제2 노드(K12)에는 높은 전압이 유기되게 된다. 제2 노드(K12)가 고전위를 가짐에 따라 흐르는 전류의 양도 많으며, 이 전류는 전압 검출부(22)로 입력된다.
전압 검출부(22)는 입력되는 전류량에 비례하는 고전압을 출력한다. 전압 검출부(22)로부터 출력된 고전압은 포지티브 전원전압과 함께 제1 전압 분배부(26)의 출력전압을 결정하는 한편, 네거티브 전원전압과 함께 제2 전압 분배부(28)의 출력전압을 결정한다. 즉, 제3 노드(K14) 및 제4 노드(K16)의 전위는 전압 검출부(22)로부터 출력되는 전압에 비례하고, 이에 따라 제5 N타입 트랜지스터(N18) 및 제5 P타입 트랜지스터(P18)의 턴온 정도가 달라지게 된다. 결국, 제5 N타입 트랜지스터(N18)가 완전히 턴온되어 제1 가변전압 입력단자(A)에는 고전압이 인가되고, 제 5 P타입 트랜지스터(P18)는 약하게 턴온되어 제2 가변전압 입력단자(B)에는 전위가 거의 인가되지 않게 된다.
이후, 제1 및 제2 가변전압은 전류 증폭부(14)로 입력된다. 전류 증폭부(14)의 제3 N타입 트랜지스터(N14)는 포지티브 전원전압(Vcc)에 의해 턴온되고, 제3 P타입 트랜지스터(P14)는 제2 캐패시터(C2)로부터 출력되는 고전위에 의해 약하게 턴온된다. 따라서 제4 N타입 트랜지스터(N16)는 제1 가변전압 입력단자(A)로 입력되는 고전위에 의해 완전히 턴온되고, 제4 P타입 트랜지스터(P16)는 제1 노드(K10)에 인가된 고전위에 의해 약하게 턴온된다. 결국 출력단자(Vout)에는 제1 및 제2 가변전압 입력단자(A, B)로부터 입력되는 전압에 의해 고전위가 출력된다.
이상의 설명에서 구동전압(Vin), 즉 증폭하고자 하는 신호의 세기에 따라 출력 전압이 가변되는 것을 알 수 있다. 이것은 전압 증폭부(12)의 출력단(K12)에서 검출한 전류량과 비례하는 전압에 의해 전류 증폭부(14)를 제어하여 전압 증폭 결과에 따라 전류의 증폭 정도를 달리한 결과이다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 입력되는 증폭하고자 하는 신호의 크기마다 출력 전압을 다르게 함으로써 앰프 회로의 효율을 향상시킬 수 있다. 이는 전류의 크기와 무관하게 항상 최대 출력 전압을 출력함에 따라 발생하는 앰프의 전류 증폭단의 발열 현상을 해결할 수 있는 것으로, 본 발명에 의하면 방열판의 크기를 최소화할 수 있고 결과적으로 앰프의 부피를 소형화할 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 포지티브 전원전압 및 네거티브 전원전압을 입력받아 구동 신호를 증폭하고자 하는 앰프 회로로서,
    상기 구동 신호를 증폭하는 전압 증폭부;
    상기 전압 증폭부의 출력 전류를 검출하고, 상기 출력 전류에 비례하는 가변전압을 생성하기 위한 전압 가변부; 및
    상기 전압 가변부로부터 출력되는 가변 전압을 입력받아 상기 전압 증폭부에서 증폭된 상기 구동 신호를 증폭하기 위한 전류 증폭부;
    를 구비하는 출력전압이 가변되는 앰프 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전압 가변부는 상기 전압 증폭부의 출력단으로부터 출력 전류를 검출하고 상기 검출된 출력 전류에 비례하는 전압을 생성하기 위한 전압 검출부; 및
    포지티브 전원전압 및 네거티브 전원을 입력받아 상기 전압 검출부로부터 출력된 전압의 크기와 비례하는 제1 및 제2 가변전압을 출력하기 위한 안정화부;
    를 구비하는 출력전압이 가변되는 앰프 회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 전압 검출부는 OP 앰프로 구성하며, 상기 OP 앰프의 한 입력 단자로는상기 전압 증폭부의 출력값 및 상기 OP 앰프 출력값의 피드백값을 입력하고, 나머지 하나의 입력 단자는 접지하여 구성하는 출력전압이 가변되는 앰프 회로.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 안정화부는 포지티브 전원단자 및 상기 전압 검출부의 출력단자 사이에 접속되는 제1 전압 분배부;
    상기 전압 검출부의 출력단자 및 네거티브 전원단자 사이에 접속되는 제2 전압 분배부;
    상기 포지티브 전원단자 및 제1 가변전압 출력단자 사이에 접속되어 상기 제1 전압 분배부의 출력전압에 의해 구동되는 제1 타입 트랜지스터; 및
    제2 가변전압 출력단자 및 상기 네거티브 전원단자 사이에 접속되어 상기 제2 전압 분배부의 출력전압에 의해 구동되는 제2 타입 트랜지스터;
    를 구비하는 출력전압이 가변되는 앰프 회로.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 전압 분배부는 상기 전압 검출부의 출력 단자에 접속되는 제1 저항소자;
    상기 제1 저항소자 및 포지티브 전원단자 사이에 접속되는 제2 저항 소자로 구성되며,
    상기 제2 전압 분배부는 상기 전압 검출부의 출력단에 접속되는 제3 저항소자; 및
    상기 제3 저항소자와 상기 네거티브 전원단자 사이에 접속되는 제4 저항소자로 구성되는 출력전압이 가변되는 앰프 회로.
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KR1020010067977A KR20030037011A (ko) 2001-11-01 2001-11-01 출력전압이 가변되는 앰프 회로

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