OPAMP

Operational Amplifier

1.   구조 및 동작 원리

·         연산 증폭기는 크게 차동 증폭기, 전압 증폭기, 출력 증폭기(push-pull 증폭기) 등으로 구성된다.

·         차동 증폭기는 두 입력 전압의 차이를 증폭하여 단일 출력으로 내보낸다.

·         전압 증폭기는 차동 증폭기의 출력을 다시 증폭한다.

·         출력 증폭기는 전압 증폭기의 출력을 큰 전류 구동 능력을 가진 출력 신호로 변환한다.

·         차동 입력 구조로 인해 공통 모드 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있다.

 

2.   주요 파라미터

·         개방 루프 이득(Open-loop gain) : 피드백 없이 측정한 이득으로 105~108 dB 수준

·         대역폭(Bandwidth) : 개방 루프 이득이 0dB가 되는 주파수 범위

·         슬루레이트(Slew rate) : 출력 전압이 최대값으로 변화할 때의 최대 기울기

·         입력 바이어스 전류(Input bias current) : 입력 단자로 흐르는 전류

·         입력 오프셋 전압(Input offset voltage) : 이상적인 출력 0V에서 벗어난 전압

·         CMRR(Common Mode Rejection Ratio) : 공통모드 신호 제거 비율

·         PSRR(Power Supply Rejection Ratio) : 전원 리플 노이즈 제거 비율

 

3.   이상적 특성

·         무한대의 개방 루프 이득, 대역폭

·         0의 출력 저항, 무한대의 입력 저항

·         완벽한 선형성

 

4.   회로 구성 예시

비반전 증폭기 : Vout = (1 + R2/R1) * Vin

전압 팔로워 회로는 R2가 단락(R2=0Ω)되고 R1이 개방(R1=무한대)되는 비반전 증폭기 회로이다.

반전 증폭기 : Vout = -(R2/R1) * Vin
반전 증폭기 회로는 마이너스 기호로 표시되며, 위상이 180도 변경되어 출력된다. Vin 전압이 증가하면 VOUT 전압이 감소한다

 

차동 증폭기 회로 (Differential Amplifier)

두 입력 신호의 차이를 증폭하여 출력하는 회로이다.

Vout = R2 / R1 × (Vin2 - Vin1)

 

이외에도 

적분기 : Vout = -(1/RC) ∫Vin dt

미분기 : Vout = -(RC) dVin/dt

가산기, 곱셈기, 로그 및 지수 회로 등

 

5.   응용 분야

·         오디오/비디오 장비, 계측기기, 센서 인터페이스

·         필터, 연산 회로, 데이터 변환기, 제어 시스템 등

연산 증폭기는 고성능과 유연성으로 인해 아날로그 및 혼합 신호 회로 설계에서 핵심적인 역할을 한다. 실제 회로 설계 시에는 특정 모델의 파라미터와 제약 사항을 고려하여 최적의 성능을 내도록 해야 한다.