오프앰프 특성

오퍼레이셔널 앰프 또는 오프앰프는 일반적으로 선형 장치로, 이상적인 DC 증폭을 제공할 수 있습니다. 이들은 기본적으로 외부 피드백 구성 요소인 저항이나 kondensator와 함께 사용되는 전압 증폭 장치입니다. 오프앰프는 역입력, 비역입력, 출력이라는 세 개의 단자를 가진 장치입니다. 아래는 일반적인 오프앰프의 다이어그램입니다:

다이어그램에서 볼 수 있듯이, 오프앰프는 입력과 출력을 위한 세 개의 단자와 전원 공급을 위한 두 개의 단자를 가지고 있습니다.
오프앰프의 작동 원리를 이해하기 전에, 먼저 오프앰프의 특성에 대해 알아야 합니다. 여기서 하나씩 설명하겠습니다:

오픈 루프 전압 증폭(A)

피드백 없이 이상적인 오프앰프의 오픈 루프 전압 증폭은 무한합니다. 그러나 실제 오프앰프의 경우, 오픈 루프 전압 증폭은 일반적으로 20,000부터 2,000,000 사이입니다. 입력 전압을 Vin이라고 하면, 오픈 루프 전압 증폭 A를 사용하여 출력 전압은 Vout = AVin이 됩니다. A의 값은 위에서 지정된 범위 내에 있지만, 이상적인 오프앰프의 경우 무한합니다.

입력 임피던스(Zin)

입력 임피던스는 입력 전압을 입력 전류로 나눈 값으로 정의됩니다. 이상적인 오프앰프의 입력 임피던스는 무한합니다. 즉, 입력 회로에는 전류가 흐르지 않습니다. 그러나 실제 오프앰프에서는 입력 회로에 몇 피코암페어에서 몇 밀리암페어까지의 전류가 흐릅니다.

출력 임피던스 (Zout)

출력 임피던스는 출력 전압을 입력 전류로 나눈 값으로 정의됩니다. 이상적인 오프앰프의 출력 임피던스는 0입니다. 그러나 실제 오프앰프의 경우, 출력 임피던스는 10-20 kΩ입니다. 이상적인 오프앰프는 완벽한 전압 소스처럼 동작하여 내부 손실 없이 전류를 공급합니다. 내부 저항은 부하에 가용한 전압을 감소시킵니다.

대역폭(BW)

이상적인 오프앰프는 무한한 대역폭을 가지며, DC에서 가장 높은 AC 주파수까지 어떠한 신호도 손실 없이 증폭할 수 있습니다. 따라서 이상적인 오프앰프는 무한한 주파수 응답을 가집니다. 그러나 실제 오프앰프의 경우, 대역폭은 일반적으로 제한적입니다. 이 제한은 증폭 대역폭(GB) 곱으로 결정됩니다. GB는 증폭기의 증폭이 1이 되는 주파수로 정의됩니다.

오프셋 전압(Vio)

이상적인 오프앰프의 오프셋 전압은 0입니다. 즉, 역입력과 비역입력 단자 간의 차가 0이면 출력 전압도 0이 됩니다. 두 단자가 모두 접지되면 출력 전압은 0이 됩니다. 그러나 실제 오프앰프는 오프셋 전압을 가집니다.

공통 모드 거부 비(CMRR)

공통 모드는 역입력과 비역입력 단자에 같은 전압이 적용되는 상황을 말합니다. 공통 모드 거부는 오프앰프가 공통 모드 신호를 거부하는 능력을 의미합니다. 이제 공통 모드 거부 비라는 용어를 이해할 수 있게 되었습니다.
공통 모드 거부 비는 오프앰프가 공통 모드 신호를 거부하는 능력을 측정하는 값입니다. 수학적으로 다음과 같이 정의됩니다:

여기서, AD는 오프앰프의 미분 증폭이며, 이상적인 오프앰프의 경우 무한합니다.
ACM은 오프앰프의 공통 모드 증폭을 의미합니다.
이상적인 오프앰프의 CMRR은 무한합니다. 즉, 모든 공통 모드 신호를 거부할 수 있습니다. 또한 공식에서 알 수 있듯이, 이상적인 오프앰프의 경우 AD는 무한하고 ACM은 0입니다. 따라서 이상적인 오프앰프의 CMRR은 무한합니다. 따라서 모든 공통 모드 신호를 거부할 것입니다.
그러나 실제 오프앰프는 유한한 CMRR을 가지며, 모든 공통 모드 신호를 거부하지는 않습니다.

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