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연산증폭기(OP Amp) 문제풀이 (7급 공무원 회로이론 기출문제)-1
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11강. 연산증폭기 ( OP-Amp )와 OP amp 회로

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11강. 연산증폭기 ( OP-Amp )와 OP amp 회로
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OP AMP 연산 증폭기 종류 정리와 특성 쉽게 이해하기 :: 공대남의 정보수용소

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OP AMP 연산 증폭기 종류 정리와 특성 쉽게 이해하기 :: 공대남의 정보수용소
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실무 회로설계 OPAMP 활용 예제. OPAMP는 무엇을 위해 사용하는가 :: 안산드레아스

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실무 회로설계 OPAMP 활용 예제 OPAMP는 무엇을 위해 사용하는가

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실무 회로설계 OPAMP 활용 예제. OPAMP는 무엇을 위해 사용하는가 :: 안산드레아스
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Op Amp Circuit Collection :: OSHW Alchemist

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Op Amp Circuit Collection

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Op Amp Circuit Collection :: OSHW Alchemist
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[회로설계 – 기초이론] OPAMP 반전 증폭기 회로에 쉽게 적용하기

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    심층적이지만 명쾌한 설명이 담긴 글들이 많이 있으니 많이 이용해주세요.
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[회로설계 – 기초이론] OPAMP 반전 증폭기 회로에 쉽게 적용하기

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[회로설계 - 기초이론] OPAMP 반전 증폭기 회로에 쉽게 적용하기
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【회로이론】 10강. Op Amp

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‘▶ 자연과학▷ 회로이론’ 관련 포스팅

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【회로이론】 10강. Op Amp
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나날이 행복

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  • Most searched keywords: Whether you are looking for 나날이 행복 OP앰프 회로 모음 http://www.eetkorea.com/ARTICLES/2003SEP/A/2003SEP19_AMD_AN07.PDF?SOURCES=DOWNLOAD 미소신호증폭에 사용하는 OP앰프의 선정은 … OP앰프 회로 모음 http://www.eetkorea.com/ARTICLES/2003SEP/A/2003SEP19_AMD_AN07.PDF?SOURCES=DOWNLOAD 미소신호증폭에 사용하는 OP앰프의 선정은 입력 오프셋 전압, 입력 오프셋 전류에 주의해야..가슴 속 깊이 숨어있는 행복을 찾으시길나날이 행복
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나날이 행복
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11강. 연산증폭기 ( OP-Amp )와 OP amp 회로

이번 포스팅에서는 연산증폭기(OP-Amp)에 대해서 다루겠습니다.

이 포스팅에서 다루게 될 OP-Amp의 내용과 OP-Amp회로 종류에 대해서 먼저 말씀드리겠습니다.

1. 연산증폭기(OP-Amp)의 특징

2. OP-Amp 반전증폭기

3. OP-Amp 비반전증폭기

4. OP-Amp 차동증폭기

5. OP-Amp 계측증폭기

6. OP-Amp 적분기

7. OP-Amp 미분기

[ 연산증폭기 ( OP-Amp ) ]

연상증폭기는 회로설계시 응용이 쉽고, 이상적인 특성을 이용하여 널리 쓰입니다.

신호를 빼고, 더하고, 미적분 등 연산을 가능하게하는 증폭기이며, 거의 모든 전자회로에서 필수적으로 사용합니다.

이번 포스팅을 통해서 연산증폭기의 특성에대해 알아보도록하겠습니다.

※ 이상적인 OP-Amp의 성질

① 입력 임피던스는 무한대입니다. ( 이 성질에 의해 입력전류 i1과 i2는 0 입니다.)

② 출력 임피던스는 0입니다. ( 출력전류값에 관계없이 출력전압이 동일한 크기로 증폭되어 나옵니다.)

③ 두 입력신호가 같을 때, 출력은 0이 됩니다.

④ 무한대의 대역폭을 가집니다. ( 주파수에 관계없이 출력이 일정합니다.)

⑤ (개방루프)전압이득이 무한대값을 가집니다.

이러한 연산증폭기의 특징을 이용하여 다양한 Op amp 회로를 설계해보겠습니다.

[ OP-Amp 반전 증폭기 ]

첫번째 Op amp 회로로 소개할 회로는 반전증폭기 회로입니다.

이상적인 연산 증폭기는 무한대의 이득을 가집니다.

그러한 이유로 단독으로 사용할 때, 연산증폭기가 포화되어 버리기때문에 사용하기가 힘듭니다.

하지만 회로에 몇 가지 소자를 추가하여 사용한다면 유용한 증폭기로 사용할 수 있습니다.

저항 R 2 를 이용하여 출력과 입력을 연결하여 폐회로를 구성합니다.

폐회로를 구성하게되면 부귀환으로 인해서 회로의 전압이득을 조절 할 수 있습니다.

이제 회로 해석을 통해서 전압이득을 구해보겠습니다.

위 폐회로에서 연산증폭기가 이상적이고 회로가 정상적인 동작을 한다면, 출력 전압은 다음과같이 쓸 수 있습니다.

그리고 v 1 노드와 v o 사이의 전압전류 관계식을 작성하면 이렇게도 표현이 가능합니다.

위 식을 간단히 정리하면 아래처럼 정리할 수 있습니다.

그리고 전압이득을 구하기 위해 입력전압과 출력전압의 관계를 살펴보면,

이상적인 연산증폭기의 경우 이득 A가 무한대이기 때문에 전압이득은 아래와 같이 수렴합니다.

[ OP-Amp 비반전 증폭기 ]

두번째 Op amp 회로로 소개할 회로는 비반전증폭기 회로입니다.

비반전 증폭기는 반전증폭기와 달리 입력의 위상과 출력의 위상이 같은 형태로,

저항을 이용하여 이득의 크기를 조절한 증폭기입니다.

비반전 증폭기의 경우 기본식은 아래와 같습니다.

그리고 전압 v 1 에서부터 v o 까지 노드 관계식을 정리하면

전압이득을 구해줍니다.

증폭도 A가 무한대로 가면 전압이득은 아래와 같이 수렴합니다.

[ 동상모드 및 차동모드 신호 ]

증폭기에서 v 1 과 v 2 가 같을 때, 동상모드 신호로 동작합니다.

그리고 그 값을 v icm 으로 표현할 수 있고 값은 아래와 같습니다.

마찬가지로 차동신호는 두 신호의 차이로 v d 로 표현합니다.

$$ v_{icm} = \frac{v_1+v_2}{2}$$

$$ v_d = v_2-v_1 $$

이제 이 값을 이용하여 아래처럼 표현할 수 있습니다.

[ OP-Amp 차동 증폭기 ]

세번째 Op amp 회로로 소개할 회로는 차동증폭기 회로입니다.

차동증폭기는 Op amp 회로로 정말 많이 등장하는 회로입니다.

두 신호의 차이를 증폭시키기고, 잡음을 제거할 수 있는 강력한 장점이 있기 때문입니다.

우선 회로가 선형소자만으로 구성되어있기 때문에 중첩의 원리를 사용할 수 있습니다.

즉, v I1 과 v I2 를 하나씩 인가하여 결과를 더해주면 전체 회로의 출력전압을 구할 수 있습니다.

그 값을 구하면 아래와 같이 출력전압의 관계식을 작성할 수 있습니다.

이때, 동상모드 신호를 제거하기 위한 조건은 아래와 같습니다. (출력전압을 0으로 만들기 위해)

그리고 이 식을 정리하면 아래와 같은 관계식을 얻어낼 수 있습니다.

따라서 식을 최종적으로 정리하여 아래와 같이 전압이득을 구해줍니다.

이제 차동증폭기의 입력저항을 구해보겠습니다.

입력저항을 직관적으로 구하면, 연산증폭기의 입력단으로 전류가 흘러들어갈 수 없어 폐회로가 구성되는 것과 같습니다.

따라서 전체 입력저항은 2R 1 이 됩니다.

증폭기에서 입력저항이 클수록 신호감쇠가 덜 일어나기 때문에 입력저항이 크면 클수록 좋습니다.

하지만 여기서 R1의 값을 무작정 키우게된다면 전체 차동이득이 감소합니다.

(위 식 참조) 이러한 문제를 해결하기위해 아래 계측증폭기 회로를 사용합니다.

[ OP-Amp 계측 증폭기 ]

계측증폭기는 두 개의 단으로 회로를 구성합니다.

증폭기 A 3 가 위에서 말씀드린 차동증폭기입니다.

이 회로에서는 입력단으로 전류가 흐를 수 없는 구조이기 때문에, 입력저항은 이상적인값 무한대입니다.

그리고 최종출력은 차동증폭기 구조에서 R 3 를 감소시켜 이득을 높일 수 있습니다.

이 증폭기의 전압이득은 아래와 같습니다.

하지만 위 회로의 단점은 아직 존재합니다.

첫째로 입력신호가 첫번째단 증폭기에 의해 1차적으로 증폭되어 두번째 단으로 들어갑니다.

두번째단에서는 차동증폭기를 이용하여 신호를 증폭하기때문에, 동상신호를 제거해야만합니다.

그런데 만약 첫번째단에서 동상신호가 증폭되어 버린다면… 이를 제거하기가 힘들어지고, CMRR이 저하됩니다.

그리고 다음문제는 첫번째단의 회로가 완전히 정합되어있지않다면, 동상신호가 제거되지않고 첫번째단에서 증폭됩니다.

공정상의 문제에서 두 회로를 완벽하게 같게만드는것은 불가능에 가깝기때문에 이는 좋은구조라고 할 수 없습니다.

이러한 단점들을 보완하기위해 아래와 같은 구조로 변경합니다.

저항 R 1 사이에 있는 접지를 없애고 2R 1 으로 변경했습니다.

이때는 공통신호 모드일때 2R 1 저항 양단사이의 전압이 같아서 전류가 흐르지않습니다.

즉, 공통신호를 증폭시키지 않고 두번째단으로 신호를 흘려보낼 수 있다는 점이 가장 중요합니다.

이제 전압이득을 구해보겠습니다. (위 구조와 전압이득은 동일합니다.)

[ OP-Amp 반전 적분기 ]

반전 증폭기와 비반전 증폭기를 이용하여 가산기와 감산기를 설계할 수 있었습니다.

이제 회로에 다른 소자를 추가하여 적분연산을 시도해보겠습니다.

반전단자가 가상 접지 되어있으므로 아래처럼 식을 쓸 수 있고, 회로를 해석할 수 있습니다.

출력이 -값을 가져 반전된 형태로 나오게되므로, 반전 적분기라고 부릅니다.

시간영역에서 표현하게 되면 입력신호를 적분한 값이 출력전압으로 나오게 됩니다.

위 반전적분기는 직류 전압이득을 구하려고한다면, 커패시터가 개방(open)되어 이득의 값이 무한대가 되어버립니다.

이를 막기위해서 직류이득을 구할때에도 폐회로로 동작할 수 있도록 전류가 흐를 수 있는 길을 만들어 줄 수 있습니다.

이제 저항 R F 를 추가하여 직류에서도 개방루프로 동작하지 않으면서 이득의 값이 -R F /R이 됩니다.

그리고 반전적분기로서의 동작 역시 정상적으로 동작합니다.

[ OP-Amp 반전 미분기 ]

반전 미분기의 경우 전류가 흐르는 길이 간단하기 때문에 관계식을 금방세워줄 수 있습니다.

회로의 출력전압은 아래와 같습니다.

OP AMP 연산 증폭기 종류 정리와 특성 쉽게 이해하기

안녕하세요! 오늘은 OP AMP에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

OP APM는 Operation Amplifier 입니다. 연산 증폭기를 뜻합니다.

간단히 설명하자면 연산 증폭기는 신호를 증폭하는 기능과 연산을 할 수 있는 기능을 가진 하나의 집적 회로입니다.

그럼 연산증폭기가 어떤 특서잉 있고 어떤 증폭기가 있는지 알아보도록 하겠습니다.

차례 1. 연산증폭기와 특성 2. 연산증폭기 종류

1. 연산증폭기와 특성

OP AMP의 기본 개념도입니다.

증폭기의 목적은 다음과 같습니다.

첫번째 : 전원전압으로 최대한 많은 전압을 받아 RL(VL)에 보내주기 위함 입니다.

두번째 : 전압이득(A)를 적절히 조절하기 위함 입니다.

연산 증폭기의 회로기호는 다음과 같습니다.

보통 디지털회로에서 3각 기호는 버퍼를 의미하지만, 아날로그 회로에서는 증폭기를 의미합니다.

OP AMP는 2개의 입력 단자와 1개의 출력 단자를 가진 증폭기입니다.

입력 신호를 +단자에 가하면 출력에는 입력과 동위상의 출력이 나타나고,

-단자에 가하면 입력과는 역상의 신호가 출력됩니다.

그러므로, -단자를 반전 입력 단자, +단자를 비반전 입력단자라고 합니다.

위 그림은 연산증폭기의 등가모델입니다. 이 그림으로 연산증폭기의 특징을 알아보겠습니다.

먼저 연산 증폭기에서 큰 전압을 끌어오기위해서는 Rin에 걸리는 전압이 최대한 커야합니다.

그렇기 때문에 Rin은 최대한 커야하고 그래서 이상적인 연산증폭기의 입력 임피던스는 무한대입니다.

그다음 비슷하게 Vout에 전압을 온전히 보내주기 위해서는 Rout에 걸리는 전압이 최대한 낮아야하고,

그렇기 때문에 이상적인 출력 임피던스 Rout은 0입니다.

그리고 이상적인 OP AMP에서 이렇게 얻어지는 증폭 전압의 이득의 크기는 무한하다고 봅니다.

정리하자면

(1) 입력 임피던스는 무한대다.

(2) 출력 임피던스는 0이다.

(3) 전압이득은 무한대이다.

2. 연산증폭기 종류

1) 반전 증폭기

반전 입력 단자 (-)에 입력을 가하여 증폭 작용을 하는 회로를 ‘반전 증폭 회로’라고 합니다.

왼쪽 그림과 같이 (-)에 저항을 접속하고 (+)단자를 접지하여 사용합니다.

우선 증폭회로를 해석하기 전에 알아두어야 할 사항이 있습니다.

OP AMP에 전류는 거의 유입되지 않습니다. 그 이유는 앞서 말한 OP AMP의 입력 임피던스가 무한대에 가깝기 때문입니다.

그리고 OP AMP의 단자 사이는 마치 단락된 것과 같은 상태로 작용합니다. 이를 가상단락(imaginary short)라고 합니다.

그렇기 때문에 Vn = Vp로 볼 수 있습니다.

전압증폭도를 계산하는 방법입니다.

반전 증폭 회로의 입력 단자에서 전류 i1이 흐르는데 앞서 말했듯이 OP AMP의 큰 임피던스 때문에 앰프로 전류가 흐르지 않습니다.

그러므로 i1의 전류는 if와 같다고 볼 수 있습니다.

그래서 R1에 흐르는 전류와 if에 흐르는 전류가 같다는 식을 세우면

(V1 – Vn) / R1 = (V1 – V0) / Rf 라는 식이 나옵니다.

여기서 가상단락에 의해 Vn = Vp 인데 (+)단자는 접지 역할을 하므로 Vn = Vp = 0 가 됩니다.

그래서 위 식을 정리하면 V0 = – (Rf/R1)*V1 이 됩니다.

여기서 -는 반전을 뜻하고, (Rf/R1)은 전압증폭도를 뜻 합니다.

2) 비반전 증폭 회로

비반전 증폭기는 입력 단자 (+)에 입력을 가해 증폭 작용을 하는 회로입니다.

반전 입력 (-)측에 저항을 접속하여 접지합니다.

앞서 설명한 반전 증폭기와 같이 앰프에 전류가 흐르지 않으므로 i1 = if가 됩니다.

그러므로 n에 걸리는 전압은 저항에 분압된 전압과 같게 됩니다.

그러므로 Vn = ( R1 / (R1 + Rf) ) *V0 가 됩니다.

근데 가상 단락으로 인하여 Vn = V2가 되므로

V2 = ( R1 / (R1 + Rf) ) *V0가 되고 정리하면

V0 = ( (R1 + Rf) / R1 ) * V2가 됩니다.

즉 전압 증폭도는 (R1 + Rf) / R1가 됩니다.

3) 차동 증폭 회로

차동 증폭 회로는 두개 입력 차를 종폭하는 증폭기입니다.

차동 증폭기에서 전압증폭도를 계산하는 과정은 위 그림에 잘 나타나져있습니다.

간단하게 말하자면 v1 입력에서는 전류가 일정하다는 것으로 식을 하나 구하고

v2 입력에서는 분압된 전압을 구하는 식으로 식을 하나 구해서 연립하면

V0 = (Rf / R1) * (V2 – V1)라는 식이 나옵니다.

–

이번글에서는 OP AMP가 무엇인지, 또 그 증폭기가 종류와 전압증폭도에 대해서 알아보았습니다.

감사합니다.

실무 회로설계 OPAMP 활용 예제. OPAMP는 무엇을 위해 사용하는가

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(도쉬바에서 OP-AMP의 활용에 대한 정보를 퍼왔다)

https://toshiba.semicon-storage.com/ap-en/semiconductor/knowledge/faq/linear_opamp/for-what-applications-are-op-amps-used.html

For what applications are op-amps used?

An op-amp is an IC that amplifies the difference in voltage between two inputs.

Op-amps can be used for various applications, depending on the external components added.

In the most basic circuit, op-amps are used as voltage amplifiers, which can be broadly divided into noninverting and inverting amplifiers. Voltage followers (also simply called buffers) are a type of commonly used noninverting amplifiers. Op-amps are also used as differential amplifiers, integrator circuits, etc.

Op-amps are widely used for various applications. It is no exaggeration to say that op-amps are found in almost all electrical appliances. For example, op-amps amplify analog signals from various sensors in IoT-connected home appliances and measuring instruments.

무엇을 위해 OPAMP를 사용하는가?

op-amp는 두 입력 전압 차이를 증폭시키는 IC이다.

op-amp는 다양하게 활용이 가능한데, 외부 소자가 어떻게 연결되냐에 따라 다르다.

대부분 기본적인 회로에서 op-amp는 대충 반전(inverting) 또는 비반전(non-inverting) 전압 증폭기로 사용된다.

버퍼(buffer)라고 불리는 볼티지 팔로어(Voltage follower)는 보통 비반전(non-inverting)으로 쓰입니다. Op-amp는 또한 차동증폭기(differential amplifiers), 적분기(integrator circuits) 등으로 쓰인다.

Op-amp는 넓리 적용되는데, 과장없이 얘기해도 Op-amp는 대부분 가전제품에서도 사용된다. 예를 들면, Op-amp는 집에 연결된 다양한 IOT센서, 측정 장치로 부터오는 아날로그신호를 증폭시킨다.

도움이 될만한 자료를 퍼왔다.

간단한 application OPAMP 회로

(출처: https://www.microchip.com/en-us/products/microcontrollers-and-microprocessors/8-bit-mcus/core-independent-and-analog-peripherals/integrated-analog/operational-amplifier)

OPAMP를 활용한 기법들이 제시되어있는 좋은 블로그가 있다.

https://blog.naver.com/ansdbtls4067/221421824197

데이터 시트

LMV321-358-324.pdf 1.12MB

lm2904 amp 2ch 30v(+-15v) 0.6v/us 1.1mhz 40mAoutA general

lmv324 amp 4ch 5.5V 0.7v/us 1.3mhz 70mAoutA railtorail

lmv358 current(amp) 2ch 5.5V 0.7v/us 1.3mhz 70mAoutA railtorail

[출처] opamp application (오피엠프 활용회로 모음|작성자 Revyture

그 외 땜스 전자연구소님의 여러 OPAMP 활용법들이다.

https://m.blog.naver.com/ansdbtls4067/221421824197

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