OP-AMP란?
입력받은 전압을 증폭시켜 출력해 준다!
OP-AMP는 IN 단자가 두 개 있는데 두 단자에 걸린 전압값의 차이를 증폭시켜주는 것
1. Gain (전압이득)
출력이 입력의 몇배가 되었는지 나타내준다.
2. Feedback
– 입력단자로 들어가니까 Negative Feedback- 출력이 다시 입력으로 들어가는 것을 Feedback이라고 한다.
입력단자로 들어가면 Negative Feedback, + 입력단자로 들어가면 Positive Feedback
Negative Feedback이 있을 때와 없을 때 OP AMP의 Gain은 천지차이!
3. Open Loop Gain
이상적인(Ideal) OP AMP- open Loop에서는 ∞의 Gain 값을 가져야하지만 실제로는 구현이 불가능
따라서 대부분의 OP AMP들은 충분히 큰 값(수만~수십만)의 Gain을 가짐.
Negative Feedback이 있을 때와 없을 때 OP AMP의 Gain은 천지차이!!
즉 Feedback이 없는 구성에서의 Gain을 Open Loop Gain이라고 하며 보통 Ao로 표기함.
그렇다면 Negative Feedback을 쓰는 이유가 뭘까??
Feedback이 없는 경우의 Gain, 즉 Open Loop Gain은 매우 큰 값을 가지기 때문에 미세한 입력도 뻥튀기가 되어 출력에 큰 영향을 미침
즉, Feedback이 없는 상태의 OP AMP는 Gain이 너무 크기 때문에 우리가 원하는 증폭기의 기능을 수행 불가.
=> Negative Feedback은 Gain을 쓸만한 범위 내에 들어오게 함으로써 증폭기를 제어 가능한 상태로 만들기위해 사용
4. 포화(Saturation)
Open Loop Gain은 매우 큰 값을 가지기 때문에 Feedback이 없는 상황에서는 미세한 입력도 뻥튀기가 되어 출력에 큰 영향을 미치게 됨.
만약 입력 전압을 충분히 크게 준다면 큰 값의 전압을 출력해낼 수 있을까?
->아니다!
출력전압은 어떤 상황이던간에 Bias Voltage 범위를 벗어나지 못한다.
(여기서 ‘어떤 상황이던간에’라는 말은 ‘Feedback이 있든 없든 상관없이’를 의미)예를 들어 Open Loop Gain이 1000인 어떤 OP AMP가 있는데, Feedback이 없는 상황에서 + 입력단자와 – 입력단자의 전압차이가 3V가 되도록 입력을 주었다.
이때 Vcc에는 +15V, Vee에는 -15V의 전압이 인가되었다고 가정합니다.
단순 계산으로 따지면 출력 전압은 입력 전압의 1000배인 3000V가 되어야 하지만 Saturation에 의해 실제로는 15V가 출력됨.
Positive Feedback의 경우는 조금 특별하게 항상 Saturation된 결과만을 출력한다.
Vcc와 Vee의 중간값을 기준으로 조금이라도 크면 Vcc를, 조금이라도 작으면 Vee를 출력.
이러한 특징 때문에 특정 전압값보다 큰지 작은지를 판단하는 비교기(Comparator)로 이용된다.
5. OP AMP의 등가회로
동작 과정
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두 입력 단자의 전압차이만큼의 전압이 입력저항에 걸린다.
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Gain 배 증폭된 입력전압이 출력단자로 나간다.
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증폭된 전압이 출력단자로 나가는 과정에서 출력저항 Rout으로 인한 전압 강하가 발생하게되고 그만큼 감소된 전압이 출력전압 Vout이 된다.
입력저항에 걸리는 전압을 입력전압으로 인식하여 증폭 -> 이상적인(Ideal) OP AMP에는 ∞의 입력저항값
출력저항을 지나면서 일어나는 전압 강하를 최소화해야하기 때문에 일반적으로 매우 작은 크기의 저항값을 가져야 함
