연산증폭기(OP-AMP) 입력모드 [ 1 / 2 ]

연산증폭기(OP-AMP) 입력모드

 

연산증폭기(OP-AMP) 입력모드

 

1. 입력 신호모드

- 입력 신호모드는 연산증폭기의 차동증폭기 입력단에 의해 결정

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2. 차동모드

- 차동모드(differential mode)에서는, 한쪽 입력이 접지에 연결되고 다른 한쪽 입력에는 신호전압이 연결되거나 위상이 반대인 두 개의 입력 신호를 입력에 가함

- 차동증폭기가 단일 입력(single ended) 차동모드로 동작할 때 그림과 같이 한쪽 입력은 접지에 연결되고 다른 한쪽 입력에만 신호전압이 연결

- (a)와 같이 신호전압이 반전입력에 가해진 경우에는 반전된 증폭 신호전압이 출력에 나타남, Vin 과 Vout 은 180도 위상차

- (b)와 같이 반전 입력이 접지에 연결된 상태에서 신호가 비반전 입력에 가해진 경우 비반전된 증폭 신호전압이 출력에 나타남, Vin 과 Vout 은 동일 위상

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- 이중 입력(double ended) 차동모드에서는 위상이 반대인 입력 신호를 그림(a)와 같이 각각의 입력 단자에 인가하는 경우

- 두 입력의 차이를 증폭한 값이 출력에 나타남

- 이중 입력 차동모드는 등가적으로 (b)와 같이 두개의 입력 사이에 단일 전원이 연결된 것으로 나타낼 수 있음

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3. 공통모드

- 공통모드(common mode)는 그림과 같이 동일 위상, 동일 주파수 및 동일 진폭을 갖는 입력 신호전압이 두 입력 단자에 인가

- 각 입력 단자의 신호가 각각 독립적으로 동작

- 동일한 입력 신호값이 양쪽 입력에 가해질 때 출력은 상쇄되어 0V

- 이러한 동작을 공통모드 제거(common-mode rejection)라고 하며 입력 신호에 나타난 잡음은 공통모드 제거에 의해 출력단에 나타나지 않고, 원하는 출력 신호를 왜곡(distortion)시키지 않음

- 공통모드 신호, 즉 잡음(noise)은 일반적으로 인접한 도선, 60Hz전력선, 혹은 다른 잡음원으로부터 발생한 에너지가 입력단에 모여서 유기된 신호들

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연산증폭기 파라미터

1. 공통모드 제거비( CMRR )

- 원하는 신호는 한쪽 입력 단자 혹은 두 입력 단자에 인가되어 증폭되어 출력

- 원하지 않는 신호(잡음)는 공통모드로 두 입력 단자에 유기되므로 연산증폭기에 의해 제거되어 출력에 나타나지 않음

- 공통모드 제거비(CMRR: common-mode rejection ratio) : 공통모드 신호를 제거하는 정도

- 증폭기의 성능을 평가하는 중요한 파라미터

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- 이상적인 연산증폭기는 원하는 신호 입력(단일 접지 입력, 차동 입력)에 대한 이득이 매우 높으며 공통모드 신호에 대한 이득은 0

- 그러나, 실제의 연산증폭기의 공통모드 이득은 0이 아닌 작은 값이며(대체로 1보다 매우 작음), 개루프 전압이득은 높은편(대체로 수천정도)

- 공통모드 이득에 비해 개루프 전압이득이 높을수록 공통모드 이득의 관점에서 볼 때 연산증폭기의 성능은 좋음

- 공통모드 이득(Acm)에 대한 개루프 전압이득(Aol)의 비, 즉 Aol / Acm 은 원하지 않는 신호를 제거하는 관점에서 연산증폭기 성능을 결정짓는 중요한 기준이며 이를 공통모드 제거비(CMRR)라 함

- CMRR이 높을수록 성능이 좋은 연산증폭기

- CMRR은 일반적으로 데시벨(dB)단위로 나타냄

- 연산증폭기의 개루프 이득(open-loop voltage gain)Aol 은 소자의 내부 전압이득

- 외부에 연결한 부품이 없을 때 입력전압에 대한 출력전압의 비로 나타냄

- 개루프 전압이득은 전적으로 내부 회로에 의해 결정

- 개루프 전압이득은 200,000(106dB)이상이며, 제어가 용이한 값은 아님

- 개루프 이득을 대신호 전압이득(large-signal voltage gain)으로 명시하기도 함

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- 예를 들어 CMRR이 100,000이라는 것은 원하는 입력 신호(차동 신호)가 원하지 않는 잡음(공통모드 신호)보다 100,000배 더 증폭된다는 것을 의미

- 차동 입력신호의 크기와 공통모드 잡음의 크기가 같다면 원하는 신호의 출력은 잡음 신호의 출력보다 진폭이 100,000배가 크게 되므로 잡음이나 방해 신호는 본질적으로 제거

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2. 최대 출력전압 진폭 범위

- 입력전압이 없으면 연산증폭기의 출력은 이상적으로 0V, 이것을 동작점(quiescent) 출력전압이라고 함

- 입력전압이 가해질 때 피크-피크간 출력전압의 한계는 ±Vcc

- Vo(p-p)는 연산증폭기에 연결된 부하저항에 의해 직접적으로 변함

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- 어떤 연산 증폭기는 + 와 - 전원전압을 둘 다 사용하지 않음

- 예를 들어, 아날로그-디지털 변환기를 구동하는 연산증폭기에 전력을 공급할 때 단일 직류 전압원만 사용

- 이 경우, 연산증폭기의 출력은 접지와 양의 전원전압에 거의 근사한 크기 사이의 값을 갖게끔 동작

- 단일 공급 전원으로 동작하는 연산증폭기는 Voh(최대 출력전압), Vol(최소 출력전압) 이란 명칭을 사용