[논문]개선된 보상특성을 갖는 증폭기용 온도보상회로

정영배

doi:10.7471/ikeee.2012.16.3.177

개선된 보상특성을 갖는 증폭기용 온도보상회로
Thermal Compensation Circuit with Improved Compensation Characteristic for Power Amplifier 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.16 no.3, 2012년, pp.177 - 181

정영배 (한밭대학교 전자.제어공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 증폭기의 온도에 따른 균일한 출력특성을 구현하기 위한 개선된 보상특성을 갖는 증폭기용 온도보상회로를 제안한다. 제안된 온도보상회로는 직렬로 연결된 2개의 브랜치라인(Branchline) 결합기와 결합기 사이에 위치한 2개의 다이오드로 구성된다. 그리고, 회로의 주변온도에 따라서 저항값이 반비례하는 특서을 갖는 써미스터(Thermistor)와 써미스터를 포함하는 오피엠프(Operational amplifier, OP-Amp.)회로로 다이오드의 동작 특성을 조정함으로써 기존의 온도보상회로에 비하여 보다 효율적인 보상특성을 갖도록 설계하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper introduces a thermal compensation circuit with improved compensation characteristic for amplifiers to provide stable output power regardless environmental temperature. The proposed thermal compensation circuit is composed of two branchline couplers having two diodes between them. And, the thermistor whose resistance varies significantly with temperature inversely and a operational amplifiers, so called as OP-amp, control the diodes in the compensations circuit to realize more effective thermal compendation characteristic compared with conventional circuit.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 간단한 회로를 통하여 효율적으로 증폭기의 온도에 따른 성능저하를 보상할 수 있는 온도보상회로를 제안하였다. 제안된 온도보상회로는 브랜치라인 결합기 사이에 위치한 다이오드의 전류량을 제어함으로써 다이오드의 정합 특성을 변화시키며, 이를 통하여 온도보상회로에 입력되는 신호의 세기를 적정수준으로 조절한다.
본 논문에서는 앞서 서술한 기존의 단점을 극복하기 위하여, 기구적인 방열을 최소화하고, 구현이 간단한 고성능 보상회로를 제안함으로써 증폭기의 성능을 개선하고자 한다.

제안 방법

앞서 설명한 바와 같이, 제안된 온도보상회로의 동작특성을 검토하기 위하여, (그림 3)에 제시한 시험용 증폭기모듈을 제작하여 시험하였다. 본 시험은 증폭기모듈에 정상적인 전원 및 신호전력을 입력한 상황에서 온도보상회로를 동작시키지 않은 상태와 동작 시킨 상태를 비교하는 방식으로 진행하였다. 증폭기 모듈의 동작온도는 모듈의 금속기구물 표면, 특히, 증폭기소자가 위치한 지점에서 측정하였다.
의 관계가 형성되며, 증폭기의 안정된 출력을 위하여, 온도 변화에 따른 출력 강하량(ΔP)을 최소화 하여야 하는 문제가 발생된다. 본 전력증폭기 모듈은, 신호전력의 고출력증폭을 위한 3개의 전력증폭소자, 위상천이기와 제안된 온도보상회로 등으로 구성되어 있으며, 본 모듈에 입력된 신호전력 RF_IN은 각각의 내부소자를 거쳐 최종적인 신호전력 RF_OUT으로 출력된다. 이러한 전력증폭기 모듈의 온도보상은, 전력증 폭기 모듈의 동작온도에 따라 변동하는 출력 P_OUT을직렬로 연결된 3개의 증폭기소자의 종단에 위치한 전력신호 검출기에 의하여 직류전압으로 출력되며, 출력된 직류전압은 온도보상회로에 위치한 오피엠프로 입력됨으로써, 오피엠프의 입력전압 V_IN으로 사용된다.
상술한 내용은 (그림 3)과 같이, 온도보상회로의 성능검토를 위하여 제작한 시험용 증폭기 모듈의 동작특성 검토를 통하여 확인하였다. 본 증폭기모듈은 의 전기적 다음과 같으며, 동작시간에 따른 증폭기모듈의 시험결과는 (그림 4)와 같다.
앞서 설명한 바와 같이, 제안된 온도보상회로의 동작특성을 검토하기 위하여, (그림 3)에 제시한 시험용 증폭기모듈을 제작하여 시험하였다. 본 시험은 증폭기모듈에 정상적인 전원 및 신호전력을 입력한 상황에서 온도보상회로를 동작시키지 않은 상태와 동작 시킨 상태를 비교하는 방식으로 진행하였다.
제안된 온도보상회로는 두 개의 브랜치라인 결합기(Branchline Coupler)로 구성되어 있으며, 증폭기의 동작온도에 관계없이 균일한 출력를 유지하기 위하여, 두 개의 브랜치라인 결합기 사이에 입력신호의 세기를 조정하기 위한 핀 다이오드(D1, D2))를 병렬로 설치하였다. 여기서, 다이오드에 흐르는 전류 제어 회로를 구성하는 오피엠프의 입력부와 출력부에 연결된 저항 R1과 R3는 저항값이 온도에 반비례하는 써미스터 저항이며, R2는 오피엠프의 증폭성능을 결정 하는 요소로서 일반적인 저항이 사용된다.
본 논문에서는 간단한 회로를 통하여 효율적으로 증폭기의 온도에 따른 성능저하를 보상할 수 있는 온도보상회로를 제안하였다. 제안된 온도보상회로는 브랜치라인 결합기 사이에 위치한 다이오드의 전류량을 제어함으로써 다이오드의 정합 특성을 변화시키며, 이를 통하여 온도보상회로에 입력되는 신호의 세기를 적정수준으로 조절한다. 그리고, 제안된 회로의 효용성을 검증하기 위한 증폭기모듈을 제작하고 시험함으로써 온도보상회로를 통하여, 최대 3dB 정도의 출력 강하를 보상할 수 있음을 확인하였다.
본 시험은 증폭기모듈에 정상적인 전원 및 신호전력을 입력한 상황에서 온도보상회로를 동작시키지 않은 상태와 동작 시킨 상태를 비교하는 방식으로 진행하였다. 증폭기 모듈의 동작온도는 모듈의 금속기구물 표면, 특히, 증폭기소자가 위치한 지점에서 측정하였다. 증폭기모듈은 동작시킨 시점으로부터 약 20분 이내에 최고의 온도상태가 되었으며, 최초 실온상태에서 나타난 신호의 출력이 최고온도 시점에서 최고 3dB 정도의 출력 강하가 발생하였다.

성능/효과

제안된 온도보상회로는 브랜치라인 결합기 사이에 위치한 다이오드의 전류량을 제어함으로써 다이오드의 정합 특성을 변화시키며, 이를 통하여 온도보상회로에 입력되는 신호의 세기를 적정수준으로 조절한다. 그리고, 제안된 회로의 효용성을 검증하기 위한 증폭기모듈을 제작하고 시험함으로써 온도보상회로를 통하여, 최대 3dB 정도의 출력 강하를 보상할 수 있음을 확인하였다.
그리고, 오피엠프의 출력단에 위치한 써미스터 R₃의 낮아진 저항값에 의하여, 다이오드 전류 I_d가 높아진다. 따라서, 다이오드의 동작저항과 다이오드 전단에 위치한 브랜치라인 결합기 사이의 정합도가 향상됨으로써, 온도보상회로에 구성된 두 개의 브랜치라인 결합기를 통과하는 입력 신호전력의 양이 증가함으로써, 전력증폭기 모듈의 출력 P_OUT이 증가하는 효과를 보이게 된다.
이러한 전류 I_d의 동작온도에 따른 변화는, 두 개의 브랜치라인 결합기 사이에 위치한 다이오드의 동작저항을 변화시키고, 다이오드의 동작저항에 따라서, 다이오드 전단에 위치한 브랜치라인 결합기의 특성저항 Z₀와 다이오드의 동작저항 사이의 정합도가 변화하게 된다. 또한, 다이오드와 전단의 브랜치라인 결합기 사이의 정합도는 입력되는 알에프 신호전력의 반사율을 결정함으로써, 최종적으로 입력되는 신호전력량을 제어할 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 2번 그래프는 온도보상회로가 동작됨으로써 정상적인 수준으로 복귀한 결과를 나타낸다. 여기서, 1번 그래프와 겹쳐 측정된 결과는 증폭기의 동작온도가 일정수준 이상이 되었을 때, 약 10분 단위로 측정한 결과로서, 증폭기 모듈의 동작온도가 포화되면, 온도에 의한 출력강하도 유지된다는 사실을 알 수 있다. 온도보상회로를 동작시킨 출력특성과 최초 실온상태에서의 증폭기출력 간의 오차는 약 0.
증폭기모듈은 동작시킨 시점으로부터 약 20분 이내에 최고의 온도상태가 되었으며, 최초 실온상태에서 나타난 신호의 출력이 최고온도 시점에서 최고 3dB 정도의 출력 강하가 발생하였다. 이때, 제안된 온도보상회로를 동작시켰으며, 이를 통한 증폭기의 출력은 최초 실온상 태와 유사한 값으로 돌아옴을 확인하였다.
또한, 출력전압 V_OUT은 오피엠프의 출력 단에 위치한 써미스터 R₃의 저항값에 의하여 다시 두개의 다아오드에 입력되는 전류 I_d로 보상된다. 이러한 1차 온도보상과정은 써미스터 저항 R₃가 써미스터 저항 R₁과 같이, 온도의 상승에 대하여 저항값이 반비례하는 특성을 보임으로써, 오피엠프의 출력전압 V_OUT과 써미스터 R₃의 온도특성에 따른 가변적인 저항값에 따라서 다이이오드 입력전류 I_d를 2차적으로 제어하는 결과를 보인다. 이러한 전류 I_d의 동작온도에 따른 변화는, 두 개의 브랜치라인 결합기 사이에 위치한 다이오드의 동작저항을 변화시키고, 다이오드의 동작저항에 따라서, 다이오드 전단에 위치한 브랜치라인 결합기의 특성저항 Z₀와 다이오드의 동작저항 사이의 정합도가 변화하게 된다.
증폭기 모듈의 동작온도는 모듈의 금속기구물 표면, 특히, 증폭기소자가 위치한 지점에서 측정하였다. 증폭기모듈은 동작시킨 시점으로부터 약 20분 이내에 최고의 온도상태가 되었으며, 최초 실온상태에서 나타난 신호의 출력이 최고온도 시점에서 최고 3dB 정도의 출력 강하가 발생하였다. 이때, 제안된 온도보상회로를 동작시켰으며, 이를 통한 증폭기의 출력은 최초 실온상 태와 유사한 값으로 돌아옴을 확인하였다.

후속연구

근래, 계속 소형화되고 있는 전력증폭기에 있어서, 동작온도에 의한 성능변화는 해당 전력증폭기의 성능에 지대한 영향을 미친다. 따라서, 제안된 회로는 다양한 증폭기에 적용되어 증폭기의 동작성능을 극대화시킬 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일반적인 전력증폭기의 경우 보편적으로 온도에 따른 증폭기의 이득변화는 반비례관계를 갖는데, 이러한 문제를 해결하기 위해 어떤 방법이 적용되어 왔는가?	보편적으로 온도에 따른 증폭기의 이득변화는 반비례관계를 갖으며, 이러한 문제를 해결하기 위하여, 다양한 방법이 적용되어 왔다.[1-4] 대표적 으로, 기구적인 관점에서 증폭기의 동작온도를 적정 수준으로 유지하기 위하여, 기구의 표면적을 증대시 키거나, 기구의 표면에서 강제적인 송풍 등을 일으킴 으로써 발생한 온도를 외부로 방출하는 방법이 있다. 또한, 증폭기회로 부근에 해당 증폭기의 출력에 따라 입력신호 전력을 가변할 수 있는 가변감쇄기 등의 제어회로를 삽입함으로써 일률적인 출력특성을 유도하는 방식 등이 사용되어 왔다. 그러나, 기구적인 방법의 경우, 방열기구에 의하여 증폭기의 크기와 무게가 늘어난다는 단점을 가지며, 대부분의 회로적인 방식은 회로구성이 매우 복잡하고, 온도 및 출력을 제어 하는 방식에 따라 손실 및 오차가 크다는 이유로 고가의 증폭기에 제한적으로 사용되고 있다.
	본 논문에서는 증폭기의 온도에 따른 균일한 출력특성을 구현하기 위하여 개선된 보상특성을 갖는 증폭기용 온도보상회로를 제안하였는데, 이를 어떻게 설계하였는가?	본 논문에서는 증폭기의 온도에 따른 균일한 출력특성을 구현하기 위한 개선된 보상특성을 갖는 증폭기용 온도보상회로를 제안한다. 제안된 온도보상회로는 직렬로 연결된 2개의 브랜치라인(Branchline) 결합기와 결합기 사이에 위치한 2개의 다이오드로 구성된다. 그리고, 회로의 주변온도에 따라서 저항값이 반비례하는 특서을 갖는 써미스터(Thermistor)와 써미스터를 포함하는 오피엠프(Operational amplifier, OP-Amp.)회로로 다이오드의 동작 특성을 조정함으로써 기존의 온도보상회로에 비하여 보다 효율적인 보상특성을 갖도록 설계하였다.
	전력증폭기의 온도에 따른 이득변화문제를 해결하기 위해 사용하는 기구적인 방법은 어떤 단점을 갖고있는가?	또한, 증폭기회로 부근에 해당 증폭기의 출력에 따라 입력신호 전력을 가변할 수 있는 가변감쇄기 등의 제어회로를 삽입함으로써 일률적인 출력특성을 유도하는 방식 등이 사용되어 왔다. 그러나, 기구적인 방법의 경우, 방열기구에 의하여 증폭기의 크기와 무게가 늘어난다는 단점을 가지며, 대부분의 회로적인 방식은 회로구성이 매우 복잡하고, 온도 및 출력을 제어 하는 방식에 따라 손실 및 오차가 크다는 이유로 고가의 증폭기에 제한적으로 사용되고 있다.

참고문헌 (5)

S. Boumaiza,F.M. Ghannouchi, "Thermal memory effects modeling and compensation in RF power amplifiers and predistortion linearizers," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 51, No. 12, pp. 2427-2433, 2003

상세보기
R. Ishikawa, J. Kimura, K. Honjo, "Analytic parameter determination for thermal memory effect compensation circuit in microwave InGaP/GaAs HBT power amplifiers," Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings (APMC) , pp. 315-318, 2011
L. Blaser, H. Franco, "Push-pull class-AB transformerless power amplifiers," IEEE Transactions on Audio, vol. AU-11, no. 1, pp. 6-14, 1963

상세보기
G. de Graaf, R.F. Wolffenbuttel, "Lock-in amplifier techniques for low-frequency modulated sensor applications," IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC) , pp. 1745-1749, 2012
G. Gonzalez, Microwave Transistor Amplifiers: Analysis and Design", Prentice Hall, Inc., 1997.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증