OP Amp의 기초 회로 실험

문서 내 토픽

1. 반전 증폭기(Inverting Amplifier)

반전 증폭기는 OP Amp의 기본 회로로, 피드백 저항 Rf와 입력 저항 Rs로 구성된다. 이상적인 OP Amp에서 출력 전압은 vo = -(Rf/Rs)vs로 표현되며, 출력 전압이 반전되고 입력에 비례한 복제라는 특징이 있다. 비례 인수인 이득은 Rf/Rs의 비율로 결정된다.
2. 비반전 증폭기(Non-inverting Amplifier)

비반전 증폭기는 신호가 비반전 입력 단자에 인가되는 회로로, 출력 전압은 vo = (1 + Rf/Rs)vg로 표현된다. 실험 결과 계산값과 측정값의 오차율이 3.2%로 거의 일치하였으며, 이상적인 OP Amp 가정으로 외부 저항만의 함수로 표현 가능하다.
3. 가산 증폭기(Summing Amplifier)

가산 증폭기는 여러 입력 전압을 받아 반전된 합을 출력하는 회로이다. 3개의 입력 전압 va, vb, vc에 대해 vo = -(Rf/Ra·va + Rf/Rb·vb + Rf/Rc·vc)로 표현된다. 모든 입력 저항이 같으면 vo = -(Rf/Rs)(va + vb + vc)로 간소화되며, Rf = Rs일 때 출력은 입력의 반전된 합이다.
4. 차동 증폭기(Difference Amplifier)

차동 증폭기는 두 입력 전압의 차이에 비례한 출력을 생성하는 회로이다. 조건 Ra/Rb = Rc/Rd를 만족할 때 vo = (Rb/Ra)(vb - va)로 표현된다. 실험에서 potentiometer 전압이 1.02V일 때 출력 offset이 0이 되었으며, offset 발생은 실제 부품의 편차로 인한 것이다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 반전 증폭기(Inverting Amplifier)

반전 증폭기는 연산증폭기의 기본적이면서도 매우 실용적인 구성입니다. 입력 신호를 반전시키면서 증폭하는 특성으로 인해 신호 처리 회로에서 광범위하게 활용됩니다. 피드백 저항과 입력 저항의 비율로 이득을 정확하게 제어할 수 있다는 점이 큰 장점입니다. 다만 신호가 180도 위상 반전되므로 이를 고려한 회로 설계가 필요합니다. 임피던스 특성도 우수하여 신호 왜곡이 적고, 비용 효율적인 구현이 가능합니다. 오디오 처리, 센서 신호 증폭, 필터 설계 등 다양한 응용 분야에서 필수적인 구성입니다.
2. 비반전 증폭기(Non-inverting Amplifier)

비반전 증폭기는 입력 신호의 위상을 유지하면서 증폭하는 중요한 구성입니다. 반전 증폭기와 달리 신호가 반전되지 않아 직관적인 신호 처리가 가능합니다. 높은 입력 임피던스를 가져 신호원에 미치는 부하가 적으므로 고임피던스 신호원 측정에 이상적입니다. 이득 설정이 간단하고 안정적이며, 신호 충실도가 우수합니다. 다만 반전 증폭기보다 회로 구성이 약간 복잡할 수 있습니다. 의료 기기, 계측 장비, 오디오 시스템 등에서 광범위하게 사용되며, 신호 무결성이 중요한 응용에 매우 적합합니다.
3. 가산 증폭기(Summing Amplifier)

가산 증폭기는 여러 입력 신호를 동시에 처리하여 합산하고 증폭하는 다목적 회로입니다. 각 입력 채널에 독립적인 저항을 사용하여 신호별 가중치를 자유롭게 조정할 수 있다는 점이 매우 유용합니다. 오디오 믹싱, 신호 조합, 데이터 수집 시스템 등에서 필수적인 역할을 합니다. 입력 신호들이 반전되어 출력되므로 이를 보정하기 위해 추가 회로가 필요할 수 있습니다. 입력 채널 수를 쉽게 확장할 수 있고, 각 채널의 이득을 독립적으로 제어할 수 있어 유연성이 뛰어납니다. 복잡한 신호 처리를 간단하게 구현할 수 있는 효율적인 솔루션입니다.
4. 차동 증폭기(Difference Amplifier)

차동 증폭기는 두 입력 신호의 차이를 증폭하는 정교한 회로로, 노이즈 제거와 신호 추출에 매우 효과적입니다. 공통 모드 신호를 억제하고 차동 신호만 증폭하는 특성으로 인해 고정밀 측정 시스템에 필수적입니다. 센서 신호 처리, 의료 기기, 산업용 계측 장비에서 광범위하게 활용됩니다. 정확한 저항 매칭이 필요하여 회로 설계 시 주의가 필요합니다. 공통 모드 제거 비율(CMRR)이 높을수록 성능이 우수하며, 이는 연산증폭기의 특성과 저항 정확도에 의존합니다. 신호 무결성이 중요한 응용에서 탁월한 성능을 제공하는 중요한 구성입니다.

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