부귀환 증폭기 (Negative Feedback Amplifier)
쉽게 풀면
증폭기의 출력을 일정 비율로 되돌려 입력에서 빼면, 출력이 너무 커졌을 때 스스로 입력을 줄이는 자기 교정이 일어납니다. 전체 이득은 원래보다 크게 줄어들지만, 남은 이득은 되돌리는 비율을 정하는 수동 소자에 의해 결정되므로 트랜지스터 특성이 흔들려도 거의 변하지 않습니다. 즉 남아도는 이득을 정확도와 맞바꾸는 셈입니다.
왜 중요한가
소자 특성이 온도와 공정에 따라 수십 퍼센트씩 변하는 반도체 회로에서, 예측 가능한 이득을 얻는 사실상 유일한 방법입니다. 왜곡이 줄고 대역폭이 넓어지며 입출력 임피던스를 원하는 방향으로 바꿀 수 있다는 부수적 이점도 커서, 연산증폭기를 쓰는 거의 모든 회로가 이 원리 위에 서 있습니다. 동시에 되돌아온 신호의 위상이 뒤집히면 발진으로 이어지므로 안정성 해석이 필수가 됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
부귀환이 왜곡을 줄이는 대신 안정성 부담을 키운다는 상충 관계를 보여주는 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
개루프 이득을 A, 귀환율을 B라 하면 폐루프 이득은 A를 (1+AB)로 나눈 값이 되고, AB가 1보다 훨씬 크면 폐루프 이득은 B의 역수에 수렴해 증폭기 자체의 특성에서 거의 자유로워집니다. 이 (1+AB)를 귀환량이라 하며, 왜곡과 출력 임피던스는 같은 인수만큼 줄고 대역폭은 같은 인수만큼 넓어져 이득대역폭곱이 보존됩니다. 귀환에서 전압과 전류 가운데 무엇을 감지하고 무엇을 되돌리는지에 따라 네 가지 구성이 있으며, 각각 입출력 임피던스에 미치는 영향이 다릅니다.
주의할 점
부귀환은 공짜가 아니어서, 루프를 도는 신호의 위상이 주파수에 따라 늦어지다 180도에 이르면 오히려 정귀환이 되어 발진합니다. 그래서 반드시 위상 여유를 함께 확인해야 합니다. 루프이득 안정성이 그 안정성 판정에 초점을 둔다면, 이 항목은 귀환이 회로 성능 전반에 미치는 효과를 다룹니다.