꼬오북 ^0^
안녕하세요!! 꼬북냠입니다~~ㅎㅎ오늘 정리해 볼 내용은 전자회로 12장 연산증폭기 중에서 chapter 12-2 <Op-Amp Input Modes and Parameters> 입니다.
12.2 연산증폭기 입력모드와 파라미터 Op-Amp Input Modes and Parameters
□ 입력 신호모드
1) 차동모드(Differential Mode)
① 단일입력 차동모드
- 두 개의 입력단자 중 한 단자에만 신호 전압이 연결되거나 위상이 반대인 2개의 입력신호를 입력에 가합니다.
(a) 반전 입력 모드 = 입력된 신호가 반전되어 증폭된 신호가 출력에 나타납니다.
(b) 비반전 입력 모드 = 입력된 신호와 동일한 위상의 증폭된 신호가 출력에 나타납니다.
* 이때, 그림에 나와있지는 않지만, Op-Amp를 동작시키는 직류 공급 전원이 존재하며, 양전원을 인가한 경우에는 입력신호의 양주기(+,- 주기)를 모두 출력할 수 있고, 단일전원을 인가한 경우에는 한 주기만 출력할 수 있음을 의미합니다.
② 이중입력 차동모드
- 위상이 반대인 입력 신호를 각각의 입력 단자에 인가하는 경우를 말합니다.
- 두 입력의 차이를 증폭한 값이 출력에 나타나며, 이중 입력 차동모드는 등가적으로 그림 (b)와 같이 2개의 입력 사이에 단일전원이 연결된 것으로 나타낼 수 있습니다.
- Vin = Vin1 - Vin2 = Vd
- Vout = Av * Vd (출력전압 = 전압이득 * 입력전압차)
2) 공통모드 (Common Mode)
- 동일 위상, 동일 주파수 및 동일 진폭을 갖는 입력신호 전압, 즉 노이즈가 두 입력단자에 인가됩니다.
- 따라서 차동증폭기는 두 입력 신호의 차이만큼을 증폭시켜 출력하기 때문에 공통모드에서 동일한 신호가 입력되면 두 신호의 차이값이 0이므로, 출력 전압의 값도 0V 라고 할 수 있습니다. --> 공통모드제거(common-mode rejection)
- 원하지 않는 신호(잡음/노이즈)는 공통모드 제거에 의해 출력에 나타나지 않습니다.
--> CMRR(공통모드 제거비): 공통모드 신호를 제거하는 정도를 의미하며, '노이즈 제거 정도'라고도 표현할 수 있습니다.
--> CMRR은 증폭기의 (노이즈 제거) 성능을 평가하는 중요한 파라미터가 됩니다.
--> CMRR = 개루프(open-loop) 전압 이득(Aol) / 공동모드 전압 이득(Acm)
--> open-loop 전압이득은 전적으로 내부회로에 의해 결정되며, 차동모드 전압이득과 같다고 봐도 무방합니다.
□ 연산증폭기의 파라미터 (Op-Amp Parameters)
① 입력 오프셋 전압 (input offset voltage)
- 실제 연산 증폭기에서는 차동입력 전압을 가하지 않은 상타에서도 작은 직류 전압이 나타납니다.
- 이 현상의 주된 원인은 연산증폭기 차동증폭 입력단의 베이스와 이미터 사이의 전압값이 약간 차이가 나기 때문입니다.
- 입력 오프셋 전압 Vos = 차동출력을 0V로 만들기 위해 입력 단자 사이에 요구되는 차동 직류 전압
② 입력 바이어스 전류 (input bias current)
* 바이어스 : 소자를 동작시키기 위한 최소한의 전압 및 전류를 의미합니다.
- Op-Amp의 입력 단자는 바이폴라 차동증폭기이므로 이 차동 증폭기의 입력단자는 트랜지스터의 베이스입니다.
- 즉, 입력 전류는 트랜지스터의 베이스 전류가 됩니다.
- 따라서, 입력 바이어스 전류는 증폭기의 첫째 단을 적절히 동작시키기 위해 증폭기의 입력에 필요한 직류 전류입니다.
③ 입력 임피던스 (input impedance)
- 입력 임피던스는 입력단에서 바라본 저항성분을 의미하며, 임피던스는 주파수에 따라서 특성이 바뀌는 개념입니다.
- 차동모드 입력 임피던스 Zin(d): 반전 입력과 비반전 입력 사이의 전체 저항이며, 매우 높은 값을 가집니다.
- 공통모드 입력 임피던스 Zin(cm): 각 입력과 접지 사이의 저항입니다. (공통모드의 출력 전압이 0이기 때문에 공동모드 입력 임피던스도 거의 0이며, 등가적으로 접지에 연결되어 있다고 볼 수 있습니다.)
④ 입력 오프셋 전류 (input offset current)
- 입력 오프셋 전류(Ios)는 입력 바이어스 전류간의 차이입니다. Ios = |I1 - I2|
- 높은 입력 임피던스를 통해 흐르는 전류의 차이가(입력 오프셋 전류의 차이가) 실질적인 오프셋 전압을 유발시킬 수 있기 때문에 높은 이득과 입력 임피던스를 갖는 증폭기는 가능한 한 오프셋 전류가 작아야 합니다.
⑤ 슬루율 (Slew rate)
- 전압이 인가되었을 때 시간에 따른 출력 전압의 최대 변화율이 슬루율입니다.
- 슬루율은 연산증폭기 내부 증폭단에서의 고주파 응답에 의존하며, 슬루율이 클수록 연산증폭기가 빠른 응답을 할 수 있다는 것을 의미합니다.
- 슬루율은 아래 그래프로 확인해보면 선형적인 직선 그래프의 기울기를 의미하며, 기울기가 급할수록 시간대비 출력 전압의 변화율이 크다는 것을 말합니다.
오늘 정리해 본 내용은 여기까지 입니다!!
다음 포스팅은 12-3장 내용으로 찾아오겠습니다~~ㅎㅎ
오늘도 다들 열공하세요!!
꼬오북