전기전자, 연산증폭기에 대해서

1) 연산 증폭기 기초이론

연산 증폭기는 큰 신호 이득을 얻을 수 있는 증폭기로서, 출력단에서 입력단으로 회귀되는 외부 부귀환 회로에 의해 응답특성이 제어되는 선형소 자이다. 연산 증폭기느 가감산, 미적분 등의 수학적 연산뿐만 아니라, AV, 발진기 등의 통신 분야에서 광법위하게 이용될 수 있다. (-) 기호는 반전 입력단 (inverting terminal)을 의미하며, 이 단자로 입력되는 신호는 위상이 180° 반전 되어 신호 증폭되어 출력되고, (+) 기호로 표시된 비반전 입력단 (non-inverting terminal)은 위상의 변화 없이 신호가 증폭되어 출력된다.

아래 그림은 연산 증폭기의 부귀환 루프를 설명하기 위한 회로이다. 부귀환을 위하여 반전 입력단으로 입력신호가 인가되고 결과적으로 출력신호는 반전된다.

위의 그림 회로에서, 증폭기의 출력은 식 (1-1)로서 정의된다.

(1-1)

윗 식에서 (-) 부호는 입력 신호에 대해 출력신호의 위상이 180° 반전됨을 의미하며, 이러한 증폭기의 이득은 다음과 같다.

(1-2)

반대로 비반전 증폭기(non-inverting amplifier)로서 연산 증폭기를 동작시키기 위하여 그림 1-3과 같이 (+) 입력단에 신호를 인가시킬 수도 있다.그러나, 이 경우에도 귀환회로는 반전 입력단에 접속되어 있음을 유의하여야 한다. 그림 1-3의 비반전 증폭기의 경우, 출력전압과 이득은 다음과 같다.출력 전압은 귀환 저항기 RF와의 RR비에만 의존하며, 따라서 전압 이득도 이들 저항값에 의하여 결정된다.

2) 비교기와 리미터

가장 간단한 비교기는 그림 3-1 a)처럼 연산 증폭기를 개방 루프로 사용하여 구현할 수 있다. 그림 3-1 a) 회로의 동작을 살펴보면, 두 입력 단자전압에 미세한 차이 (Verror )가 생길 경우 연산 증폭기의 상당히 큰 전압이득으로 인하여, 출력은 최대 혹은 최소의 극값을 갖게한다. 예를 들어 V1>V2인 경우, 전압차는 (+)가 되며, 이를 증폭 출력하게 됨으로써 최대값이 될 것이다. 반대로 만약 V1<V2인 경우, 출력은 최소값을 갖게 될 것이다. 그림 3-1 (b)는 앞서 설명한 동작을 나타내고, 전압차가 정(+)일 경우, Vsat이 되고, 부(-)인 경우 -Vsat이 된다. 이와같이 비교기는 입력 단자의전압을 비교하는데 사용한다.