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[기초 전기 전자] op amp

◆ OP AMP증폭 회로 , 비교 회로등, 아나로그 전자 회로에서 널리 쓰이고 있는 OP AMP는 Operational Amplifier의 약자로 연산증폭기라고 한다. OP AMP는 원래 아나로그 계산기 (현재는 디지털 계산기)용으로 개발되었지만 간단하게 사용할 수 있게 된 때부터 증폭기 뿐만 아니라 Active Filter,선형, 비선형의 신호처리에 넓게 응용되고 있다. 수백 종류 이상의 종류가 있으며 고성능 범용 증폭기라고도 한다.◆ OP AMP 기호핀 번호 및 전원 핀은 원칙적으로 기입한다. (실제 전원 핀은 표시 안 하는 경우가 많음)◆ 핀의 명칭△ 입력 핀(2핀) + 비반전 입력 단자 - 반전 입력 단자△ 출력 핀 output 출력 단자△ Offset 조정용 핀(2핀) Offset null△ 전원 핀 + Vcc + 전압 - Vcc - 전압 GND 0 V전압◆ 전원 전압OP Amp를 구동시키는데 필요한 전압이며 일반적으로 + 15[V]와 - [V]의 양전원을 사용한다. 최근엔 단전원을 사용하는 OP Amp도 많아 지고 있다. (양전원이 효율면에서는 양호하며, 단전원은 간단하다는 장점이 있다)◆ Offset 조정용 핀 (Offset null)OP Amp를 사용하는 회로에서는 자주 offset 조정이라는 말을 듣게 된다. 이상적으로 입력이 없으면 출력도 없는 것이 당연하겠지만 OP amp의 경우 입력이 0 [V]이지만 출력이 0[V] 로 되지 않는 것이 보통이다. (OP amp내부의 구조 때문이라고 생각된다) 이 때문에 Offset 조정용 단자에 가변 저항을 접속하여 , 가변 저항 중간 단자에 - 전압을 접속하여 입력이 0 [V] 일때 출력도 0[V] 가 되도록 조정한다. offset이 있으면 정상적인 신호원의 처리에 악영향을 미칠 수 가 있다. OP amp의 종류에 따라 조정핀이 없는 경우도 있고 가변 저항치가 다르거나 + 전압에 접속하는 것들이 다르다.◆ 입력 단자와 출력 단자와의 관계△ 비반전 입력 단자와 출력 단자(Vo: 출력 단자 전압)Vo = V1*A [V] (V1:비반전 입력 단자의 입력 전압,A: 증폭도, - 입력 단자는 GND)입력 파형과 출력 파형의 위상이 똑 같다.△ 반전 입력 단자와 출력 단자Vo = - (V2*A) [V] (V2:비반전 입력 단자의 입력 전압,A: 증폭도, + 입력 단자는 GND)입력 파형과 출력 파형의 위상이 반전된다.△ 비반전 입력 단자와 반전 입력 단자에 전압을 가했을 경우의 출력 단 자Vo = (V1 - V2 ) * A [V] ← 이 식이 OP amp의 기본식◆ 출력 전압OP amp에 인가하는 전원 전압의 범위에서 출력 전압이 나온다.◆ 이상적인 OP AMP시판되고 있는 OP AMP는 각각의 특징을 가지고 있지만 일반적으로 이상 적인 OP AMP는△ 입력 임피던스 Zi 는 무한대 (증폭기에서 일반적으로 요구되는 성능이 며 입력 단자에 전류가 들어가거나 나가지 않는다)△ 출력 임피던스 Zo 는 0 (증폭기에서 일반적으로 요구되는)△ 차동 증폭 회로 구성으로 되어 있다.(반전 ,비반전의 두 개의 입력 핀 을 가지고 있다)△ 차동 이득은 무한 대 또는 증폭도가 무한대 다고 함 (증폭기 그 자신이 가지고 있는 증폭도는 대단히 커서 평균적으로 10의5승배(=100 [db] ;데 시벨) 이상 증폭된다.△ 출력핀은 하나뿐이다. 즉, 차동출력으로 되어 있지 않다.△ 동상이득은 0△ 주파수 특성이 우수하다 (직류부터 무한대까지 동일함)△ offset은 0(실제에는 직류를 포함하는 신호를 증폭하는 회로에 대해서 무신호시의 출력전압을 정확히 제로로 하기 때문에 내부 회로의 언밸런스 에 의해 발생되는 부정전압(=OFFSET)을 보정할 수 있도록 회로를 구성하 는 것이 많다)△ Negative feedback(부궤환) 회로에 사용하는 것을 전제로 하여 만들어 지므로 ,그것에 반하여 부정 발진을 방지하기 때문에 위상 보정용 C,R의 외부 접속 핀을 설치하거나,혹은 내부회로에 그 대책을 강구하고 있다.OP amp는 상기와 같이 이상적인 것이 정말로 훌륭한 것이겠지만 실제에 는 이상적일 수 없다. 따라서 여러 가지의 특성의 op amp가 판매되고 있 습니다. 보통 사용되는 OP amp로는 TI사의 TL08x series, OP-07,LH-0032등이 있다. TL08x series도 수종류있지만 기본적 성능은 동일하며 , 하나의 package안에 들어있는 수가 다르다는 점이다.◆ OP amp은 최초에 누가 만들었을까요?IC화 된 OP AMP은 최초로 페어 챠일드 라는 회사에서 개발되었습니다. 최초에 나온 OP AMP는 uA702이며, 1964년 발표되었습니다.OP AMP자체는 TI (TEXAS INSTRUMENT)회사에서 1958년 발표하였지만 ,IC화에 의한 폭발적 수요가 늘었다고 하겠습니다. IC화라는 의미는 하나의 칩에서 OP AMP가 완성된 것을 의미합니다.이전의 OP AMP는 기판상의 TR이나 저항을 실장시켜 하나의 모듈로 만들었습니다.당연히 복수의 반도체 (TR,저항등)사용하고 있으므로 반도체마다 특성제조 오차등으로 모듈화 시켜 일정의 특성을 내는 것은 어려웠다고 합니다.이것이 하나의 반도체에서 IC화 된 의미는 큰 것이라고 할 것 입니다.더불어 이것은 OP AMP를 IC화하여 일정한 특성이 나오는 제작이 가능하였다고 하겠습니다. 또 가격이 크게 낮아졌습니다. 그 후 1965년에 현재 의미의 OP AMP가 (uA709)가 발표되었습니다.이미지널 쇼트 (가상 단락)OP AMP 회로 동작을 해석할 때 중요한 개념으로서 OP amp에 부궤환을 걸면 이미지널 쇼트 현상이 나타나는데 OP amp의 특징이다. 부궤환을 결 면 반전 입력 단자의 전위와 비반전 입력 단자의 전위가 같아지도록 출력 전압이 자동 조정 된다.◆ 반전 증폭기연산증폭기의 원리는 두개의 입력 전압차를 오픈루 프 이득 AV로 증폭하는 앰프입니다.Vout = (V+- V-) AV ------- 식1연산증폭기의 -입력단자에 전류가 흘러들지 않는다 고 가정하면 V- 전압은 Vo와 Vi의 전압을 저항 R1과 R2로 분압한 것과 같습니다.V- = (Vo - Vi) R1 / (R1 + R2) + Vi --------- 식2이 식의 1 항은 저항으로 분압된 전압이며 2 항은 분압의 기준점을 나타내고 있습니다. 식2를 식1에 대입하면 다음 식으로 됩니다.Vo = (-AV R2 Vi + AV (R1 + R2) V+) / (R1 + R2 + R1 AV) ---- 식3이것이 반전 증폭기의 출력전압 이며 이 식이 기본됩니다. 실제 연산증폭기에서는 오픈루프 이득 AV 가 매우 큰 특징이 있기 때문에 조금 간단한 식을 이끌 수 있습니다. 우선 분모 분자를 R1AV 로 나누면Vo=[-(R2/R1) Vi+(R1+R2) V+ / R1] / [1+1 / AV+R2 / (R1V)] --- 식4AV가 극히 큰것을 생각하면 1 / AV는 거의 제로가 되며 R2 / R1 ≪ AV 라면 1/AV도 거의 제로가 되므로 식4의 분모는 거의 1에 가깝게 됩니다. 그 때문에 출력전압은 다음식과 같이 됩니다.Vo = -(R2 / R1) Vi + (R1 + R2) V+ / R1 ------ 식5특히 연산증폭기의 +입력 단자가 그라운드에 접속되어 있어 V+ = 0 라면 출력은Vo = - (R2 / R1) Vi ------- 식6이 되어 이 회로는 입력 전압을 - R2 / R1배로 반전 증폭하는 동작을 하게 되는 것입니다. 증폭도를 저항의 비로 설정 할 수 있는것이 연산증폭기 회로에서 가장 기본이 되는 반전 증폭기로서의 동작입니다.◆ 비반전 증폭기반전 증폭기는 전압을 증폭하지만 출력전압은 입력 전압과 반대의 극성을 갖게 됩니다. 그러나 비반전 증폭기는 전압을 역전 시키는 일 없이 설정한 증폭도 에 따라 증폭해 주며 반전 증폭기와 다른 몇가지 특 징을 가지고 있습니다.전 페이지에서 소개했던 반전 증폭기의 오프셋 회로를 보면 출력이Vo = V+ - (R2 / R1) (Vi - V+)로 여기에 V I = 0 을 대입해 보면Vo = V+ (1 + (R2 / R1))이 됩니다. 이것이 비반전 증폭기의 동작입니다.비반전 증폭기도 반전 증폭기처럼 저항의 비로 증폭도를 설정 할 수 있지만 1이상의 증폭도 밖에 설정 할 수 없습니다. 반전 증폭기에서는 R2＜ R1 시에는 증폭도가 1보다 작기 때문에 증폭기가 아니고 감쇄기로 동작했지만 비반전 증폭기에서는 그러한 사용을 할 수 없습니다.

공학/기술| 2004.12.02| 5페이지| 1,000원| 조회(971)

증폭기, 비반전 증폭기, op amp, 반전 증폭기

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