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OP Amp란? 부귀환 시스템과 그 결과

 

부귀환 시스템

귀환 회로 예

OP Amp는 높은 전압 이득을 지닌 증폭기이지만, OP Amp 자체로 증폭을 실행하는 경우는 거의 없습니다.
그 이유는 개방 이득의 편차 및 대역이 좁아 증폭률을 컨트롤하기 어렵기 때문입니다.
따라서 통상적으로는 부귀환 회로를 구성하여 사용합니다.
오른쪽 그림은 부귀환 시스템의 모델입니다.

부귀환 회로를 구성하면 하기와 같은 이점이 있습니다.

[부귀환 회로 구성에 따른 이점]

  1. 증폭 회로의 이득이 일정해지는 영역 (대역)이 확대된다.
  2. 부귀환 회로를 구성함에 따라 OP Amp의 개방 이득 편차의 영향이 작아진다.
  3. 왜곡을 억제할 수 있다.

1.증폭 회로의 이득이 일정해지는 영역 (대역)이 확대된다.

우선, 이 모델의 입력과 출력의 관계인 전달 관수를 구합니다.

식

AO:OP Amp 개방 이득 (오픈 루프 이득)
β:귀환률、
1+βA(s):귀환량
루프 이득:βA(s)

또, 다음 식과 같이 OP Amp는 1차 지연 전달 관수를 지닌다고 가정합니다.

식

주파수 특성

상기 식의 관계를 나타내는 것이 상기 그림의 주파수 특성입니다.
부귀환을 부가함으로써 이득은 귀환량 1/(1+βAO)로 작아지며, 대역폭은 ωO에서 ωO(1+βAO)로 확대됨을 알 수 있습니다.

2.부귀환 회로를 구성함에 따라 OP Amp의 개방 이득 편차의 영향이 작아진다.

다음으로, 입력과 출력의 관계인 전달 관수식에서 OP Amp의 개방 이득이AO>>1 과 같이 충분히 크다고 가정하면, 저주파에서의 부귀환 회로의 이득은 1/β에 가까워집니다.
즉, OP Amp의 개방 이득이 큰 경우, OP Amp의 이득에 관계없이 귀환률만으로 귀환 회로의 이득이 결정됩니다.
이로 인해, 반전 증폭기 등 증폭 회로의 저주파 시 증폭률이 외장 저항만으로 결정됩니다.
또한, OP Amp의 개방 이득 AO>>1 과 같이 충분히 큰 경우, 온도 특성 및 제조 편차에 의해 OP Amp의 개방 이득이 다소 변동되어도 영향을 적다는 것을 나타냅니다.

식

3.왜곡을 억제할 수 있다.

하기 그림은 오차 요소를 포함한 귀환 회로입니다.
여기에서 OP Amp에 발생하는 오차 요소를 VD라고 합니다.
왜곡, 오차 전압, 노이즈 등의 요소가 포함되어 있습니다.

왜곡, 노이즈를 포함하는 부귀환 회로

식

오른쪽 식에 왜곡을 포함한 전달 관수를 나타내고 있습니다.
이와 같이, VD의 항목은 이득 A (s)가 클수록 작아져 오차가 억제됨을 알 수 있습니다.

반대로 부귀환 회로를 구성함에 따라 불리한 점은 하기와 같습니다.

[부귀환 회로 구성에 따른 불이점]

  • 개방 이득에 비해 회로의 증폭률이 저하된다.
  • 귀환에 의해 회로가 발진하기 쉽다.

PDFOp-Amp / Cpmparator Tutorial

전자 기초 지식