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OP Amp란?

What is Operational Amplifiers?

대표적인 Parameter (Slew Rate)

Slew Rate

Slew Rate란 OP Amp의 동작 속도를 나타내는 Parameter입니다.
출력전압이 규정한 단위 시간당 변화 가능한 비율을 나타내고 있습니다.
예를 들면, 1[V/µs]는 1[µs]로 1[V] 전압을 변동시킬 수 있다는 의미입니다.
이상적인 OP Amp는 어떤 입력신호에 대해서도 충실히 출력신호를 출력할 수 있지만, 실제로는 Slew Rate라는 제한이 존재합니다.
입력에 Turn-on, Turn-off가 급준한 방형파 펄스를 인가할 경우, 출력전압이 단위 시간당 어느 정도 변화할 수 있는가를 나타내고 있습니다. 하기 그림은 Slew Rate의 정의입니다.

Slew Rate 측정 회로와 파형도

Turn-on과 Turn-off의 Slew Rate는 다음 식으로 계산합니다.

식

Slew Rate의 규정은 「Turn-on」 또는 「Turn-off」가 낮은 쪽을 기준으로 규정하고 있습니다.
즉, OP Amp 출력신호 기울기의 최대치를 의미합니다.
그 이상의 급준한 변화를 지닌 신호에 대해서는 출력 파형은 추종이 불가하여 왜곡이 발생합니다. 증폭 회로를 구성한 경우에도 Slew Rate는 출력 변화의 비율이므로 변하지 않습니다.

OP Amp는 직류 / 교류, 양방의 신호 증폭에 사용됩니다.
OP Amp는 응답 속도에 한계가 있으므로, 모든 신호에 사용 가능한 것은 아닙니다.
상기 그림의 전압 폴로어 구성에서 직류전압 입력으로는 입력전압 범위, 출력전압 범위에 제한을 받습니다.
뿐만 아니라, 주파수를 지닌 교류 신호에 대해서는 이득 대역폭적 및 Slew Rate의 제약이 더해집니다.

하기에서 진폭과 주파수의 관계 즉, Slew Rate에 대해 설명하고자 합니다.
OP Amp가 출력 가능한 최대 주파수를 구하고자 합니다.

오른쪽 그림과 같은 파형을 출력하기 위해서 필요한 Slew Rate를 구하는 식은 하기와 같습니다.

y=2Asinωt

Slew Rate는 Sin파의 접선 기울기이므로 상기 식을 미분합니다.

식

Slew Rate는

SR=2Aω   ω=2πf

Sin 파형

Sin 파의 진폭은 Peak to Peak로 VPP=2A이므로, 하기와 같이 변형할 수 있습니다.

식

이 주파수 f를 풀파워 밴드 폭이라고 합니다.
이는 OP Amp에 증폭률을 설정하지 않은 상태 즉, 전압 폴로어에서 OP Amp의 출력 가능 진폭 (출력전압 범위내)과 주파수의 관계입니다.

예) SR=1V/µs의 OP Amp에서 1Vpp의 신호를 출력할 수 있는 주파수는

식

일정한 진폭에서, 상기에서 구한 주파수를 넘으면 파형은 Slew Rate에 제한되어 Sin 파는 삼각파로 변하므로 왜곡이 발생합니다.

OP Amp · 콤퍼레이터의 기초어플리케이션 노트

전자 기초 지식