증폭기 용도
- 신호조작(증폭, 반전, 지연)
이상 증폭기
- 이상적인 증폭기의 조건은
1. 입력 임피던스가 무한
2. 출력 임피던스가 0
이 두 조건을 만족하면 증폭기 출력단에 달려있는 회로에 관계 없이 출력 신호는 다음과 같이 정의된다.
여기서 G는 전압이득이라고 한다.
좀 더 살펴보면
단순화한 OP-AMP 모델을 나타낸 것인데 이 도식을 보면서 입력전압과 출력전압에 대해 살펴보자
입력전압 Vin의 경우는 다음과 같이 정의된다.
다음으로 OP-AMP에서 매우 중요한 개념 중 하나인 귀환이라는 개념이 있는데 +쪽 입력단자나 -쪽 입력단자에 출력신호를 루프 시키는 것을 말한다
증폭기에서 귀환이 있는 증폭기를 폐루프 모드라고 하며 귀환이 없는 증폭기를 개루프 모드라고 한다.
여기서 한층 더 나아가 폐루프 모드에서는 증폭기의 입력을 보강하는 정귀환과 억제하는 부귀환이 있다.
-> 폐루프 모드 신호 흐름도 해석
폐루프에서 증폭 이득을 구하는 방법은 다음과 같다.
먼저 y와 e에 대해서 정의하면 다음과 같다
여기서 피드백이 - 에 다시 넣어지므로 부귀환이다.
식을 정리하면
위 식에 따라서 이상 연산 증폭기의 출력 전압은 다음과 같이 구해진다
여기서 Vp란 OP-AMP에서 +쪽 입력에 대응되며 Vn은 -쪽 입력에 대응된다.
이상 연산 증폭기의 경우 입력 단자로 들어오거나 나가는 전류는 0이 되는데 이는 이상 연산 증폭기가 무한대의 입력 임피던스를 가지기 때문이다. 따라서 다음 수식이 성립한다.
이것을 황금률 1이라고 한다
또한 위 부귀환에서 AB>>1일 떄, 두 증폭기 입력의 차이가 0으로 수렴하게 된다.
따라서 A가 무한일 때, Vout 에서 Vn 사이에 피드백 통로가 존재할 경우 증폭기의 입력 사이의 차이는 0이 된다.
이것을 황금률 2라고 하며 이는 부귀환일 때 성립한다.