OP Amp

 

 

 

연산증폭기(OP-Amp, Operational Amplifier)는 회로 설계에 따라 다양한 용도로 사용될 수 있다. 몇가지 기본 회로에 대해서 한 번 알아보자.

 

 

 

 

 

 

1. 버퍼 (Buffer)

 

- 구성 : 연산 증폭기의 비반전 입력(+)에 신호를 연결하고, 출력은 반전 입력(-)으로 피드백 된다

 

- 특징 

• 전압 이득이 1이라서 입력 신호가 그대로 출력으로 전달되는데, 입력 전압과 출력 전압이 동일한 점 때문에 전압 팔로워(Voltage Follower)라고도 부른다.
• 버퍼 회로는 입력 임피던스가 매우 높고 출력 임피던스가 낮아 입력 신호를 다른 회로에 전달할 때 소스 신호에 영향을 미치지 않고 전압 수준을 그대로 유지하면서 전달하는 용도로 사용된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 비교기 (Comparator)

https://circuitspedia.com/comparator/

 

 

- 구성 : 연산 증폭기의 비반전 입력과 반전 입력에 비교하려는 두 신호를 연결한다. 보통은 +단자에 신호를 입력하고 - 단자에 기준전압을 연결하지만 출력의 극성을 반전시키기 위해 반대로 입력하기도 한다.

 

- 특징 :

• 비반전 입력(+)이 반전 입력(-)보다 크면 출력은 비교기의 높은 전원으로 포화되고, 반대로 반전 입력(-)이 비반전 입력(+)보다 크면 출력은 비교기의 낮은 전원으로 포화된다.
• 연산 증폭기는 전원 공급 방식에 따라 양전원(Dual Supply)과 단전원(Single Supply)으로 구분되는데, 양전원 연산증폭기는 보통 아날로그 신호 처리 회로에서 사용되고, 비교기는 보통 단전원을 많이 사용한다.

 

 

 

 

 

 

3. 반전 증폭기 (Inverting Amplifier)

 

 

- 구성 : 신호를 연산 증폭기의 반전 입력(-)에 연결하고, 비반전 입력은(+)은 GND 또는 DC 오프셋에 연결한다.

 

- Gain :  여기서 Rin은 입력저항이고 Rf는 피드백 저항이다. 

- 출력 : Vout = −Rf/Rin x Vin

 

- 특징 :

• 출력 신호는 입력 신호와 반대의 극성을 가진다. Sine wave나 Duty가 50%인 주기적 신호의 경우 입출력의 위상이 180도 차이나게 된다.
• 저항 비율에 따라 게인을 1보다 작게할 수 있어 전압을 감쇠시킬 수도 있다.
• 반전 증폭기는 신호가 피드백 회로와 연결되면서 상대적으로 비반전 증폭기에 비해 입력 임피던스가 낮다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. 비반전 증폭기 (Non-Inverting Amplifier)

- 구성 : 신호는 연산 증폭기의 비반전 입력(+)에 연결한다. 피드백 저항을 사용해 연산 증폭기의 출력이 반전 입력(-)으로 피드백 되고, 피드백 저항과 직렬로 연결된 또 다른 저항을 통해 GND 또는 DC 오프셋에 연결된다.

 

- Gain :  여기서 Rg는 접지 또는 DC 오프셋에 연결된 저항이고 Rf는 피드백 저항이다. 

 

- 출력 : Vout = Vin * (1+Rf/Rin)

 

- 특징 :

• 출력 신호는 입력 신호와 같은 극성을 가진다.
• 게인은 항상 1 이상이므로 반전 증폭기와 달리 신호의 증폭만 가능한다.
• 입력 임피던스가 매우 높아 소스 신호에 영향을 미치지 않는다.

 

✔️ 기준 전압이 접지가 아닌 경우

• 증폭기 회로에서 보통 신호가 아닌 쪽의 입력 단자는 접지에 연결되지만 접지 대신 다른 전압에 연결하여 출력 신호의 오프셋을 조절할 수 있다. 이렇게 하면 출력 신호는 입력 신호에 게인을 곱한 값에서 기준 전압을 중심으로 변화하게 된다. 이는 반전 증폭기도 마찬가지이다.
• 출력 : Vout = Vref ​+ Av*(Vin​−Vref​)
• 예시 : 기준 전압이 2V이고 이득이 5인 경우, 입력 신호가 1V에서 3V로 변화하면 출력은 2V를 기준으로 7V에서 -3V 사이로 변화하게 된다.