[전자회로] OP AMP란? 이상적인 OP AMP 특성 정리

오늘은 OP AMP 연산 증폭기의 기본 개념과 특성에 대해서 알아보겠습니다. 실무에서 OP AMP는 증폭기와 비교기, 히스테리시스 회로로 많이 사용되고 있습니다. 그렇다면 OP AMP란 무엇일까요? 쉽게 정리해 드리겠습니다. 바로 가시죠!

 

1. OP AMP 연산 증폭기란?

 

OP AMP(Operational Amplifier) 연산 증폭기는 간단하게 한 줄로 요약하자면 '연산'을 할 수 있는 기능과 신호를 '증폭'하는 기능을 가진 하나의 집적 회로입니다.

'연산'이란 흔히 덧셈, 뺄셈, 미분, 적분 같이 수학적인 연산을 뜻합니다.

'증폭'이란 입력 신호의 몇 배 이상으로 큰 출력 신호를 생성함을 뜻합니다. 

OP AMP 기호

위의 그림처럼 OP AMP는 두 개의 입력 단자(V+, V-)와 하나의 출력 단자(VOUT)를 가지고 있습니다. 

1) 입력 단자 V+ : 비반전 입력단자로, V+ 단자에 신호를 입력시키면 출력 신호가 동위상으로 출력됩니다.

2) 입력 단자 V- : 반전 입력단자로, V- 단자에 신호를 입력시키면 출력 신호가 반전되어 출력됩니다.

3) 출력 단자 VOUT : 두 개의 입력 단자(V+, V-)에 인가된 신호의 차를 증폭하여 신호를 출력합니다.

 

2. 이상적인 OP AMP 특성

 

OP AMP 등가회로

위의 그림은 OP AMP 연산 증폭기의 등가모델입니다. 이 그림을 통해서 이상적인 OP AMP의 특성에 대해서 설명드리겠습니다.

 

1) 입력 임피던스 Rin = ∞  ⇒ Iin = 0

이상적인 OP AMP는 입력 임피던스가 무한대입니다.

즉, 저항값이 무한히 크기 때문에 두 개의 입력단자(V+, V-) 사이에 흐르는 전류는 0입니다.

 

2) 출력 임피던스 Rout = 0 ⇒ Loading Effect X

이상적인 OP AMP는 Rout값이 0입니다. 따라서 전압 강하가 발생하지 않고 Vout에 증폭된 전압을 온전히 보내줄 수 있습니다. 즉, Loading Effect 존재하지 않습니다. 

OP AMP의 출력 임피던스 Rout값이 존재하면, Rout이 전압을 가지게 되며, 이로 인해 전압 강하가 발생하여 Vout에 영향을 주게 됩니다. 이를 Loading Effect(부하 효과)라고 합니다.

 

3) open loop gain G = ∞ ⇒ Vin = 0

이상적인 OP AMP의 전압이득값(G)은 무한대입니다.

OP AMP의 출력 전압을 식으로 나타내면 다음과 같습니다.

Vout = G*Vin

Vout은 특정한 값으로 유한한 값을 가지고 있습니다. 전압이득값(G)이 무한대(∞)이므로, Vin값은 무한소(0)가 되어야 합니다. 즉, 두 개의 입력단자(V+, V-)의 전압차이가 0이므로 V+와 V-의 전압이 같다는 의미입니다.

 

3. 이상적인 OP AMP 특성 정리

1) 입력 임피던스 Rin은 무한대이다.

 → 두 개의 입력단자 사이에 흐르는 전류는 0이다

 

2) 출력 임피던스 Rout은 0이다.

 → Loading Effect가 존재하지 않는다.

 

3) 전압이득은 무한대이다.

→ 두 개의 입력 단자의 전압은 같다.

 

위의 3가지 특성은 OP AMP 응용회로를 해석할 때 꼭 알아야 하는 부분이니, 정리해 두시길 바랍니다.

 

 

이번 포스팅을 통해서 OP AMP의 기본 개념과 특성에 대해서 알아봤습니다.

다음 포스팅에서는 OP AMP에 대한 응용회로(반전 증폭기, 비반전 증폭기, 차동 증폭기)를 설명드리겠습니다.

 

다들 좋은 하루 보내세요 :) 감사합니다.