연산증폭기와 여러가지 응용

1. 연산증폭기

이상적인 연산 증폭기(opamp)는 전자 회로에서 신호를 증폭하는 데 사용되는 전자 증폭기의 한 종류입니다. 이상적인 연산증폭기는 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다. 무한 개방 루프 이득: 연산증폭기의 개방 루프 이득은 피드백이 적용되지 않은 증폭기의 이득입니다. 이상적인 연산증폭기는 무한한 오픈 루프 이득을 가지고 있는데, 이는 신호를 무한히 증폭시킬 수 있다는 것을 의미합니다. 무한 입력 임피던스: 연산증폭기의 입력 임피던스는 증폭기의 입력에 연결된 신호 소스에서 볼 수 있는 저항입니다. 이상적인 연산증폭기는 무한 입력 임피던스를 가지고 있는데, 이는 신호 소스를 로드하지 않고 입력 신호가 감쇠 없이 앰프를 통과할 수 있음을 의미합니다. 제로 출력 임피던스: 연산증폭기 앰프의 출력 임피던스는 앰프의 출력에 연결된 부하에서 볼 수 있는 저항입니다. 이상적인 연산증폭기는 출력 임피던스가 0이며, 이는 어떤 부하도 감쇠 없이 구동할 수 있음을 의미합니다. 무한 대역폭: 연산증폭기 앰프의 대역폭은 앰프가 작동할 수 있는 주파수 범위입니다. 이상적인 연산증폭기는 무한대의 대역폭을 가지고 있는데, 이것은 그것이 무한대의 넓은 주파수 범위에서 신호를 증폭시킬 수 있다는 것을 의미합니다. 영점 오프셋 전압: 연산증폭기 앰프의 오프셋 전압은 입력 전압이 0일 때 앰프의 출력에 존재하는 전압입니다. 이상적인 연산증폭기는 오프셋 전압이 0이며, 이는 입력 전압이 0일 때 출력 전압이 항상 0이라는 것을 의미합니다. 이러한 이상적인 특성을 모두 충족시킬 수 있는 실용적인 연산증폭기는 없지만, 현대의 연산증폭기는 이러한 이상적인 특성에 매우 근접하며, 많은 전자 회로는 이러한 이상적인 연산증폭기특성을 기반으로 설계될 수 있습니다. 이상적인 연산증폭기는 엔지니어들이 연산증폭기회로를 이해하고 설계하는 데 도움이 되는 중요한 이론적 개념입니다.

2. 반전증폭

op-amp 반전증폭 구성은 입력 신호를 증폭하는 데 사용되는 일반적인 전자 회로입니다. 이러한 구성에서, op-amp는 반전 입력(-) 및 비반전 입력(+) 단자와 연결되고, 입력 신호는 반전 입력 단자에 인가됩니다. op-amp의 출력은 피드백 저항을 통해 반전 입력으로 피드백되어 음의 피드백 루프를 생성합니다. 피드백 저항 Rf는 입력 저항 Rin과 함께 앰프의 이득을 결정합니다. op-amp 반전 증폭기의 이득은 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다: 게인 = - Rf/Rin 방정식의 음수 기호는 출력 신호가 입력 신호에 대해 반전되었음을 나타냅니다. 이득의 크기는 입력 저항에 대한 피드백 저항의 비율에 의해 결정됩니다. 이러한 저항기에 적합한 값을 선택하여 앰프의 게인을 원하는 수준으로 조정할 수 있습니다. op-amp 반전증폭 구성은 다른 앰프 구성에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 높은 입력 임피던스를 제공하므로 입력 신호 소스를 로드하지 않습니다. 또한 출력 임피던스가 낮기 때문에 감쇠 없이 다양한 부하를 구동할 수 있습니다. op-amp 반전증폭 구성의 한 가지 단점은 피드백 저항의 존재로 인해 제한된 대역폭을 갖는다는 것입니다. 더 큰 피드백 저항을 사용하여 대역폭을 증가시킬 수 있지만, 이는 증폭기의 노이즈 및 오프셋 전압을 증가시킬 수도 있습니다.

3. 비반전 구성

op-amp 비반전 구성은 입력 신호를 증폭하는 데 사용되는 또 다른 일반적인 전자 회로입니다. 이 구성에서, op-amp는 비반전 입력(+) 단자와 연결되고 입력 신호는 이 비반전 입력 단자에 적용됩니다. 분압기 네트워크는 출력 신호의 일부를 반전 입력(-) 단자에 피드백으로 제공하는 데 사용됩니다. 분압기 네트워크는 op-amp 출력과 접지 사이에 직렬로 연결된 두 개의 저항 R1 및 R2로 구성됩니다. 출력 신호는 저항 R1을 통해 반전 입력으로 피드백되고, 피드백은 저항 R2를 통해 비반전 입력으로 인가됩니다. op-amp 비반전 증폭기의 이득은 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다: 게인 = 1 + (R2/R1) 증폭기의 출력 신호는 입력 신호와 위상을 가지며, 게인은 항상 1보다 큽니다. op-amp non inverting 구성은 반전 구성에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 입력 임피던스가 매우 높아서 입력 신호 소스를 로드하지 않습니다. 또한 출력 임피던스가 매우 낮아 감쇠 없이 광범위한 부하를 구동할 수 있습니다. op-amp 비반전 구성의 한 가지 단점은 게인이 항상 1보다 크다는 것입니다. 즉, 게인은 입력 신호를 감쇠하는 데 사용할 수 없습니다. 또한 피드백에 사용되는 분압기 네트워크는 증폭기 회로에 노이즈 및 오프셋 전압의 원인이 될 수 있습니다.

4. 차동증폭기

차동 증폭기라고도 하는 op-amp 차동 증폭기는 두 입력 신호 사이의 차이를 증폭하는 회로입니다. 일반적으로 하나의 신호를 다른 신호에서 빼야 하는 경우에 사용됩니다. op-amp 차동 증폭기에는 V1 및 V2 레이블이 지정된 두 개의 입력 단자와 Vout 및 -Vout 레이블이 지정된 두 개의 출력 단자가 있습니다. 두 입력 전압 간의 차이는 op-amp에 의해 증폭되며, 결과 출력 전압은 입력 전압 간의 차이에 비례합니다. op-amp 차이 증폭기의 이득은 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다: 게인 = (R2/R1) x (1 + 2R3/R2) 여기서 R1과 R2는 두 개의 입력 저항이고, R3은 피드백 저항입니다. op-amp 차동 증폭기의 출력 전압은 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다: Vout = (R2/R1) x (V2 - V1) op-amp 차동 증폭기는 다른 증폭기 구성에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 높은 입력 임피던스를 제공하므로 입력 신호 소스를 로드하지 않습니다. 또한 출력 임피던스가 낮기 때문에 감쇠 없이 다양한 부하를 구동할 수 있습니다. op-amp 차동 증폭기의 한 가지 단점은 출력 신호에 오류를 일으킬 수 있는 노이즈 및 오프셋 전압에 취약하다는 것입니다. 또한, 증폭기의 이득은 입력 및 피드백 저항의 비율에 따라 달라지므로 정확한 이득 값을 결정하기 어려울 수 있습니다.