포지티브 피드백을 갖춘 증폭기는 신호 등급 펄스 포밍(Pulse Forming) 회로의 기반이 된다. 이러한 구성은 입력 경계값(Threshold) 레벨을 통과한 입력 신호 상에서 트리거라이크(Triggerlike) 동작을 보장하며, 이때 입력 신호는 대부분 전압 신호일 경우가 많다. 그 동안 가장 잘 알려진 트리거는 올해로 발명된지 70년째가 되는 슈미트 트리거다. 1938년 영국인 과학자 OH 슈미트(OH Schmitt)는 전류 피드백을 포함한 2단 증폭기 형태의 슈미트 트리거를 발명했다. 그는 2개의 능동 부품을 진공 튜브로 구성했다.
슈미트 트리거는 입력 신호 곡선과 상관없이 출력 지연 시간이 거의 일정하고 빠르다는 장점이 있다. 이러한 동작 유형의 중요성은 I/O 특성 내부의 히스테리시스에 있다. 즉, 경계값은 포지티브 출력 전이에 앞서 더 높은 값으로 바뀌고 포지티브 출력 레벨로 스위칭된 후에는 더 낮은 값으로 바뀐다. 개별 부품으로 구성된 슈미트 트리거 회로의 경우 0에서 래치업으로 히스테리시스의 양(+)을 설정할 수 있다. 슈미트 회로는 히스테리시스가 높고 고정된 로직 IC 분야에서 폭넓게 사용되고 있다.
슈미트 트리거 회로의 대안으로 빠른 응답 전압의 리미터 또는 클램퍼 회로를 펄스 포밍 회로로 이용할 수 있다. 그러나 입력 전압 범위는 슈미트 트리거 회로보다 좁다. 이는 낮은 입력 전압에서 전압이 제한적으로 비활성화되고 회로가 선형 증폭기로 동작하기 때문이다. 하지만 리미터 또는 클램퍼 회로는 비히스테릭한(Nonhysteretic) 특성을 가지고 있어 입력 전압의 결정 경계값이 정밀하고, 출력 레벨 전이가 양방향 모두 동일하다.
그림 1에는 이 회로의 예가 소개되어 있다. 그림 1의 전압 리미터는 높은 비선형 네거티브 피드백을 포함한 반전 증폭기다. –0.3V에서 +0.6V의 출력 전압 범위에서 피드백 임피던스는 높다. 그 이유는 각각의 다이오드가 비전도되기 때문이다. 즉 선택된 쇼트키 배리어 다이오드의 포워드 전압 강하는 전압의 한계치를 결정하기 때문이다.(참고자료 1) 따라서 반전 증폭기의 전압 게인은 Op 앰프의 개방 루프 게인과 거의 비슷하다.
출력 전압이 이런 한계를 초과할 때에는 언제나 다이오드 D1, D2, D3이 출력 전압의 전기 극성에 따라 전도를 시작하게 된다. 그 이후에는 단일 다이오드의 등가 직렬 저항 RD가 있는 곳에서 증폭기의 차동 게인이 RI/2RD와 RI/RD의 값을 각각 강하시킨다. 이러한 동작은 출력 전압을 약 0.8V로, 입력 전압이 높은 경우에는 –0.4V로 클램핑 한다. 예시된 그림에는 아나로그 디바이스(www.analog.com)의 AD8045 VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit) Op 앰프가 사용되었다. 이 앰프를 사용한 이유는 슬루율이 1V/nsec의 값을 초과하기 때문이다.(참고자료 2)
그림 1의 회로를 보면 제한적인 비대칭 구성으로 되어 있음을 알 수 있다. 이는 중심점과 접지 사이에 직렬로 연결된 2개의 다이오드(조파 저항 RT1을 포함)를 단일 피드백 다이오드와 비교하기 위해서이다. D1, D2, RT1로 구성된 클램핑 회로는 op 앰프의 출력과 입력 사이에서 보다 높은 오프 절연 성능을 내는데, 절연 성능은 단일 다이오드 D3보다 우수하다. D3이 켜지면 약 200MHz의 출력 파형에서 작고 약해진 진동을 관찰할 수 있다. D1과 D2 다이오드가 켜지면 진동은 작게 나타난다.
참고자료
1. “Surface Mount RF Schottky Barrier Diodes”, Avago Technologies., www.avagotech.com
2. “AD8045 3 nV/ Ultralow Distortion Voltage Feedback High Speed Amplifier”, Analog Devices, 2004, www.analog.com/en/prod/0.,ad0845.00.html
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Figure 1
