[OP-AMP] Operating Amplifier의 이해(1)

 

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안녕하세요.

OP-AMP를 "OP-AMP의 이해", "OP-AMP 회로", "OP-AMP회로 특성" 3가지 챕터 나누어 소개하겠습니다.

이번 챕터는 "OP-AMP의 이해"에 대해 풀어보겠습니다.

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※1. OP-AMP란

▶1. OPAMP란

  OPAMP(Operational Amplifier, 오퍼레이션 앰프)는 전기 회로에서 주로 사용되는 고성능의 집적 회로로, 입력 신호를 증폭하거나 수학적 연산을 수행하는데 쓰입니다. 이것은 보통 전압 차이를 측정하거나 조절하는 데 사용되며, 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. OPAMP는 여러 개의 핀으로 구성되어 있으며, 각 핀은 입력, 출력, 전원 공급 등에 사용됩니다. 일반적으로 음수 피드백(부궤화냬을 활용하여 정밀한 연산을 수행하며, 전기 및 전자 공학 분야에서 매우 중요한 부품입니다.

 

▶2. OPAMP의 단자(연결 핀)

  1개의 OPAMP는 +입력단자, -입력단자, 정측 전원단자(Vcc), 부측 전원단자(Vee), 출력단자로 구성되어 있습니다.

 

● (+)입력단자: 이 단자는 입력 신호를 받는 부분으로, 주로 양수 신호가 입력됩니다.

● (-) 입력단자: 일반적으로 음수 피드백을 설정하고 입력 신호의 반대 방향으로 신호를 주입합니다.

● 정측 전원단자(Vcc): 양전원 공급을 위한 단자입니다. 일반적으로 이 단자에 양수 전압이 공급됩니다.

● 부측 전원단자(Vee): 음전원 공급을 위한 단자입니다. 이 단자에 음전압이 공급되며, 일반적으로 그라운드에 연결됩니다.

● 출력단자: OPAMP의 증폭된 결과물을 출력하는 부분입니다. 입력 신호를 증폭하여 출력으로 내보냅니다.

 

 

 

 

※2. OP-AMP 종류

  OPAMP는 입출력 전압 범위에 따라 "양전원 OPAMP", "단전원 OPAMP", "Rail-to-Rail OPAMP"로 크게 분류할 수 있습니다.

 

  (본문에 들어가기 앞서 일반적인 OPAMP는 (Vcc - 1.5[V]) ~ (Vee +1.5[V])의 입출력 Range를 가지게 됩니다. 이러한 특성은 하기의 양전원 OPAMP과 단전원 OPAMP에 해당되며 이것을 극복한 회로가 Rail-to-Rail OPAMP입니다.)

 

▶1. 양전원 OPAMP

  이 유형의 OPAMP는 양전원(+Vcc)과 음전원(-Vee)을 사용합니다. 입력 신호와 출력 신호가 양쪽 전압 (양과 음) 범위 내에서 동작합니다. 이러한 OPAMP는 전형적으로 일반적인 연산을 수행하거나 대칭적인 전원 공급이 필요한 경우에 사용됩니다. OPAMP는 주로 0[V]근사치의 미세 신호를 증폭시키는 경우가 많습니다. 이러한 용도에서 따라 해당 양전원과 음전원 사이의 범위는 0[V] 주변 범위를 허용해줄 필요가 있기에 음전원은 -1.5[V] 정도를 많이 사용합니다.

 

▶2. 단전원 OPAMP

  앞서 양전원 OPAMP에서 언급한바와 같이 두개의 전원은 입출력 신호의 Range를 의미합니다. 단전원 OPAMP는 이러한 2개의 전원 단자중 하나만(주로 양전원-단전원 핀이 GND로 되어 있다고 생각하면 된다.)을 사용합니다.그렇기 때문에 입출력 신호에 대한 Range는 양전원 OPAMP에 비해 좁게 되며, 양전원만을 사용할 경우 입력 신호가 그라운드(Ground)보다 마이너스(-) 값으로 들어온다면, 일반적으로 이러한 입력 신호는 OPAMP의 입력 범위를 벗어나게 됩니다. 이처럼 단전원 OPAMP에는 양전원 OPAMP에 비해 분명한 단점이 있습니다. 다만 단전원 OPAMP는 단일 전원을 사용하는 회로에 효율적이며, 전력 소비나 회로 간소화에 강점을 가집니다.

 

▶3. Rail to Rail OPAMP

   이는 입출력 전압이 전원 레일(Vcc와 GND, 또는 Vee와 GND) 사이의 최대한의 범위 내에서 동작하는 OPAMP를 가리킵니다. 즉, 출력이 전원 레일에 최대한 가깝게 다다를 수 있습니다. 이러한 OPAMP는 입력과 출력이 전원 공급 범위 내에서 최대한 많은 신호를 처리해야 하는 경우에 유용합니다. 저전력회로 및 모듈에 대한 요구가 중요시 됨에 따라 이러한 Full-Range 방식의 회로에 대한 관심이 많아지고 있습니다.

 

아래 표는 이해를 돕기 위한 내용이고 각 소자의 스펙에 따라 오차가 존재합니다.

 

 

 

여기까지 OPAMP의 간단한 개요에 대해 알아보았습니다. 후속으로 OPAMP회로에 대한 간단한 게시물과 OPAMP의 특성에 대한 게시물을 업로드할 예정입니다.

 

감사합니다.