연산 증폭기와 그 응용

본 내용은 " 8주차 예비 보고서 6장 연산 증폭기와 그 용용 (1) " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.02.25

문서 내 토픽

• 1. 이상적인 연산 증폭기

  이상적인 연산 증폭기를 가정했을 때, 전류 측면에서는 연산증폭기 내부 저항이 무한대이므로 흘러들어가는 전류가 없다. 전압 측면에서는 offset 전압이 0이 되어 두 입력 단자의 전압이 동일하다. 따라서 출력은 V0=A(v1-v2)로 표현되며, 증폭률 A가 무한대이므로 v1=v2가 된다.

• 2. 가상 단락과 가상 접지

  가상 단락은 두 입력 단자 사이의 전압이 0에 가까워 단락된 것처럼 보이지만, 실제로는 두 단자의 전류가 0인 특성을 말한다. 가상 접지는 반전 증폭기 구성에서 + 입력 단자가 접지와 연결되어 있어, 부궤환 회로를 형성하면서 두 입력 단자의 전압차가 없이 연결된 상태의 전위차(0)를 보이는 것을 의미한다.

• 3. 부궤환

  부궤환이란 출력단을 입력단의 반전입력단자에 연결하는 것을 말한다. OP Amp는 높은 전압 이득을 지니지만, 개방 이득의 편차 및 대역이 좁아 증폭률을 컨트롤하기 어려우므로 부궤환을 사용한다.

• 4. 부궤환이 없는 경우

  부궤환이 없으면 입력 전압에 대해 출력 전압이 포화되게 된다. 두 입력전압의 차이가 조금만 있어도 이득이 굉장히 크기 때문에 출력이 바로 포화되는 것이다.

• 5. 차동 증폭기

  차동 증폭기는 신호 입력 방법에 따라 차동 입력 모드와 동상 입력 모드로 동작한다. 차동 입력 모드는 위상이 서로 다른 두 개의 입력 신호를 인가하는 경우이며, 동상 입력 모드는 동일한 위상, 주파수, 진폭을 갖는 입력 신호를 인가하는 경우이다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 이상적인 연산 증폭기

  이상적인 연산 증폭기는 매우 중요한 전자 회로 구성 요소입니다. 이상적인 연산 증폭기는 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스, 무한대의 전압 이득, 무한대의 공통 모드 거부 비율, 무한대의 대역폭, 무한대의 슬루 레이트 등의 특성을 가져야 합니다. 이러한 특성을 통해 연산 증폭기는 다양한 아날로그 회로 설계에 활용될 수 있습니다. 실제 연산 증폭기는 이상적인 특성을 완벽하게 구현하기 어렵지만, 기술 발전에 따라 점점 더 이상적에 가까워지고 있습니다. 연산 증폭기의 성능 향상은 전자 회로 설계 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.

• 2. 가상 단락과 가상 접지

  가상 단락과 가상 접지는 이상적인 연산 증폭기의 중요한 특성입니다. 가상 단락은 연산 증폭기의 두 입력 단자 사이의 전압 차이가 0이 되는 것을 의미하며, 가상 접지는 연산 증폭기의 출력 단자가 접지 전위와 동일해지는 것을 의미합니다. 이러한 특성을 통해 연산 증폭기는 입력 신호를 증폭하거나 연산을 수행할 수 있습니다. 가상 단락과 가상 접지는 연산 증폭기의 이상적인 동작을 가정하는 것이지만, 실제 연산 증폭기에서는 완벽하게 구현되지 않습니다. 하지만 이러한 가정은 연산 증폭기 회로 설계에 매우 유용하게 활용됩니다.

• 3. 부궤환

  부궤환은 연산 증폭기 회로에서 매우 중요한 개념입니다. 부궤환은 출력 신호의 일부를 입력 단자로 되돌려 보내는 것을 의미합니다. 이를 통해 연산 증폭기의 특성을 조절할 수 있습니다. 양의 부궤환은 증폭기의 안정성을 높이고 대역폭을 넓힐 수 있지만, 이득을 감소시킵니다. 음의 부궤환은 이득을 높이고 오프셋 전압을 낮출 수 있지만, 안정성이 저하될 수 있습니다. 부궤환은 연산 증폭기 회로 설계에서 매우 중요한 역할을 하며, 적절한 부궤환 설계를 통해 연산 증폭기의 성능을 최적화할 수 있습니다.

• 4. 부궤환이 없는 경우

  부궤환이 없는 경우, 연산 증폭기는 이상적인 특성을 가지지 않습니다. 이 경우 연산 증폭기의 전압 이득은 유한한 값을 가지게 되며, 입력 임피던스와 출력 임피던스도 유한한 값을 가지게 됩니다. 또한 대역폭과 슬루 레이트도 제한적인 값을 가지게 됩니다. 이러한 특성으로 인해 부궤환이 없는 연산 증폭기는 정밀한 아날로그 회로 설계에 적합하지 않습니다. 하지만 간단한 증폭 회로나 버퍼 회로 등에서는 부궤환이 없는 연산 증폭기를 사용할 수 있습니다. 따라서 부궤환 유무에 따른 연산 증폭기의 특성 차이를 이해하는 것이 중요합니다.

• 5. 차동 증폭기

  차동 증폭기는 두 개의 입력 신호 간의 차이를 증폭하는 회로입니다. 차동 증폭기는 공통 모드 신호를 제거하고 차동 신호만을 증폭할 수 있는 장점이 있습니다. 이를 통해 노이즈 억제 성능이 우수하고 높은 공통 모드 거부 비율을 가질 수 있습니다. 차동 증폭기는 연산 증폭기의 핵심 구성 요소로 사용되며, 다양한 아날로그 회로 설계에 활용됩니다. 특히 차동 증폭기는 차동 신호 처리가 필요한 센서 회로, 통신 회로, 계측 장비 등에 널리 사용됩니다. 차동 증폭기의 설계와 성능 최적화는 전자 회로 설계 분야에서 매우 중요한 주제입니다.