개요

트랜지스터를 제외한 채로, OpAmp를 liner한 형태의 소자로 취급할 수 있도록 함을 위함이다. OpAmp의 내부 회로까지 상정하여 회로를 해석할 경우 너무나도 복잡함이 그 이유이다.

ideal OpAmp

특징

1. gain의 최댓값이 무한
2. bandwidth가 무한
3. input resistance가 무한
4. output resistance가 0
5. Common Mode Rejection Ratio => 무한

전압 변환 특성

Vcc에 따라 변환한 최대 전압이 달라짐을 관측할 수 있다.
또한 증폭률 A에 따라 Vcc까지 증가하는 기울기의 변화가 존재한다.

Amp 종류

inverting Amplifier

입력의 극성이 반대로 되어있음을 알 수 있다. 또한 closed-loop를 통해 음극과 출력이 연결되있다. 입력과 출력의 극성이 다른데 이를 연결했으므로 negetive feedback으로 작용한다.

Noninverting Amplifier

입력의 극성이 그대로 되어있음을 알 수 있으며, (R2/R1) + 1만큼의 gain을 낼 수 있는 ideal Amplifier이다.

Summing Amplifier

입력에 연결되어 있는 각 저항의 크기와 negetive feedback의 비만큼의 입력에 비례하여 증폭하는 amplifier이다

Difference Amplifier

Vin1과 Vin2에 의한 출력의 합이 Vout으로 나타난다고 해석할 수 있다. 따라서 각각의 입력의 해석을 할 떄 다른 입력을 GND로 설정하고 해석한 뒤, 두 출력을 합친다.

Common mode Gain과 Difference mode Gain으로 나뉘어 출력된다. 이 경우 ideal할 때 CmG는 0, DmG는 무한대가 출력되는데 이 경우에 mismatch, Ra =/= Rc 거나 Rb =/= Rd일 경우에 엡실론 E가 생성되는데 이것이 크면 클수록 non-ideal 특성을 보이고 DmG는 줄어들고 CmG는 증가하게 된다.

CMRR이 무한대면 mismatch(엡실론)이 0에 수렴하기 때문에 CMRR특성이 좋은 것이다.

CMRR = DmG/CmG

realistic OpAmp

개요

실제로는 ideal OpAmp는 없기 때문에 실제 증폭기를 모의한다.

다음은 741 opamp의 특징이다.

초기에 모의했었던 ideal opamp의 특성을 보자.

이것에서 알 수 있듯이 다음 그림을 보면

입력 전압이 증폭기를 거치며 사이 저항이 무한이 아니라 실수로써 완전 차폐, 오픈되있는것이 아니라 사실 조금씩 누수됨을 알 수 있고, 따라서 Gain은 무한이 아니다.

realistic inverting OpAmp

realistic noninverting OpAmp

non-ideal OpAmp라면

위 두 플로우를 보라. ideal하지 않은 상태라고 가정하고 계산한 결과는 엄청나게 복잡하게 계산하여야 한다. 따라서 시뮬레이션을 통해 non-ideal OpAmp를 설계한다.