연산 증폭기

연산 증폭기는 무엇입니까?

연산 증폭기는 다음의 기본 구성 요소입니다. 아날로그 전자 회로 . 그들은 DC 증폭기의 모든 속성을 가진 선형 장치입니다. Op 앰프에 외부 저항기 또는 커패시터를 사용할 수 있습니다. 반전 증폭기, 비 반전 증폭기, 전압 팔로워, 비교기, 차동 증폭기, 합산 증폭기, 적분기 등과 같은 다양한 형태의 증폭을 만드는 여러 가지 방법입니다. OPAMP는 단일 일 수 있습니다. dual, quad 등. CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 등과 같은 OPAMP는 매우 낮은 입력 전류 및 전압으로 우수한 성능을 제공합니다. 이상적인 연산 증폭기에는 다른 단자 외에도 세 가지 중요한 단자가 있습니다. 입력 단자는 반전 입력과 비 반전 입력입니다. 세 번째 단자는 전류와 전압을 싱크하고 소싱 할 수있는 출력입니다. 출력 신호는 증폭기 이득에 입력 신호 값을 곱한 것입니다.

연산 증폭기의 5 가지 이상적인 문자 :

1. 개방 루프 이득

개방 루프 게인은 포지티브 또는 네거티브 피드백이없는 Op 앰프의 게인입니다. 이상적인 OP 앰프는 무한 개방 루프 이득을 가져야하지만 일반적으로 범위는 20,000 ~ 2, 00000입니다.

2. 입력 임피던스

입력 전류에 대한 입력 전압의 비율입니다. 전원에서 입력으로의 전류 누출없이 무한해야합니다. 그러나 대부분의 연산 증폭기에는 몇 가지 피코 암페어 전류 누출이 있습니다.

3. 출력 임피던스

이상적인 연산 증폭기는 내부 저항없이 출력 임피던스가 0이어야합니다. 따라서 출력에 연결된 부하에 전체 전류를 공급할 수 있습니다.

4. 밴드 폭

이상적인 연산 증폭기는 DC 신호에서 가장 높은 AC 주파수까지 모든 주파수를 증폭 할 수 있도록 무한 주파수 응답을 가져야합니다. 그러나 대부분의 연산 증폭기는 대역폭이 제한되어 있습니다.

5. 오프셋

입력 간의 전압 차이가 0 일 때 연산 증폭기의 출력은 0이어야합니다. 그러나 대부분의 연산 증폭기에서 출력은 꺼져있을 때 0이 아니지만 약간의 전압이 있습니다.

OPAMP 핀 구성 :

일반적인 연산 증폭기에는 8 개의 핀이 있습니다. 이것들은

Pin1 – 오프셋 Null

Pin2 – 입력 INV 반전

Pin3 – 비 반전 입력 비 INV

Pin4 – 접지 음극 공급

Pin5 – 오프셋 Null

Pin6 – 출력

Pin7 – 포지티브 공급

Pin8 – 스트로브

OPAMP의 4 가지 유형의 이득 :

전압 이득 – 전압 입력 및 전압 출력

전류 이득 – 전류 입력 및 전류 출력

트랜스 컨덕턴스 – 전압 입력 및 전류 출력

트랜스 저항 – 전류 입력 및 전압 출력

연산 증폭기의 작동 :

여기에서는 LM358의 연산 증폭기를 사용했습니다. 일반적으로 비 반전 입력은 바이어스에 제공되어야하며 반전 입력은 출력에서 ​​입력으로의 60k 저항의 피드백에 연결된 실제 증폭기입니다. 그리고 저항기 10k는 커패시터와 직렬로 연결되고 1V 사인파의 공급이 회로에 제공됩니다. 이제 이득이 R2 / R1 = 60k / 10k = 6 이득에 의해 제어되는 방식을 살펴보면 출력은 6V입니다 . 이득을 40으로 변경하면 출력은 4V의 사인파입니다.

연산 증폭기 작동에 대한 비디오

일반적으로 이중 전원 공급 증폭기이며 저항기 네트워크를 사용하여 단일 전원 공급 장치로 쉽게 구성됩니다. 여기에서 저항 R3 및 R4는 비 반전 입력에 공급 전압의 절반의 전압을 배치하여 출력 전압이 일종의 바이어스 전압 저항 R3 및 R4를 형성하는 공급 전압의 절반이되도록합니다. 1k에서 100k이지만 모든 경우에 동일해야합니다. 구성으로 인한 노이즈를 줄이기 위해 비 반전 입력에 1F 커패시터가 추가되었습니다. 이 구성에서는 입력 및 출력에 커플 링 커패시터를 사용해야합니다.

3 개의 OPAMP 애플리케이션 :

1. 증폭

연산 증폭기에서 증폭 된 출력 신호는 두 입력 신호의 차이입니다.

위에 표시된 다이어그램은 Op Amp 단순 연결입니다. 두 입력에 모두 동일한 전압이 공급되면 Op Amp는 두 전압의 차이를 가져와 0이됩니다. Op Amp는이 값에 게인 1,000,000을 곱하여 출력 전압은 0이됩니다. 2 볼트가 하나의 입력에 1V가 다른 입력에 주어지면 Op 앰프는 차이를 가져와 이득과 곱합니다. 1 볼트 x 1,000,000입니다. 그러나이 이득은 매우 높기 때문에 이득을 줄이기 위해 출력에서 ​​입력으로의 피드백은 일반적으로 저항을 통해 이루어집니다.

반전 증폭기 :

위에 표시된 회로는 비 반전 입력이 접지에 연결된 반전 증폭기입니다. R2가 출력을 반전 입력으로 반환하는 동안 R1이 입력 신호를 공급하는 방식으로 두 개의 저항 R1 및 R2가 회로에 연결됩니다. 여기서 입력 신호가 양수이면 출력은 음수이고 그 반대도 마찬가지입니다. 입력에 대한 출력에서의 전압 변화는 저항 R1과 R2의 비율에 따라 달라집니다. R1은 1K로, R2는 10K로 선택됩니다. 입력이 1V를 수신하면 R1을 통해 1mA 전류가 흐르고 R2를 통해 1mA 전류를 공급하고 반전 입력에서 제로 전압을 유지하려면 출력이 – 10V가되어야합니다. 따라서 전압 이득은 R2 / R1입니다. 즉, 10K / 1K = 10입니다.

비 반전 증폭기 :

위에 표시된 회로는 비 반전 증폭기입니다. 여기서 비 반전 입력은 R2와 R1 사이에 반전 입력이 연결되는 동안 신호를 수신합니다. 입력 신호가 포지티브 또는 네거티브로 움직일 때 출력은 위상이 같고 반전 입력의 전압을 비 반전 입력과 동일하게 유지합니다. 이 경우 전압 이득은 항상 1보다 높으므로 (1 + R2 / R1).

두. 전압 팔로워

위의 회로는 전압 팔로워입니다. 여기에서 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스를 제공합니다. 입력 전압이 변경되면 출력과 반전 입력이 동일하게 변경됩니다.

삼. 비교기

연산 증폭기는 한 입력에 적용된 전압을 다른 입력에 적용된 전압과 비교합니다. 전압이 작더라도 전압 차이는 연산 증폭기를 포화 상태로 만듭니다. 두 입력에 공급되는 전압이 크기와 극성이 같으면 연산 증폭기 출력은 0V입니다.

비교기는 호환성을 확인해야하는 경우에도 디지털 로직과 쉽게 인터페이스 할 수있는 제한된 출력 전압을 생성합니다.

비교기 회로 다이어그램으로서의 연산 증폭기에 대한 비디오

여기에는 반전 및 비 반전 단자와 비교기로 사용되는 연산 증폭기가 있으며 일부 전위 분배기와 미터를 여기에 연결하고 출력에 전압계를 연결하고 주도 출력. 비교기의 기본 공식은 '+'가 '–'보다 크면 출력이 높고 (1) 그렇지 않으면 출력이 0이라는 것입니다. 네거티브 입력의 전압이 기준 전압보다 낮 으면 출력이 높고 네거티브 입력이 포지티브의 전압보다 높으면 출력이 낮아집니다.

3 OPAMP 요구 사항 :

1. 오프셋 널

대부분의 OPAMP는 입력 전압이 동일하더라도 출력에 오프셋 전압이 있습니다. 출력을 0 전압으로 만들기 위해 오프셋 널 방법이 사용됩니다. 대부분의 연산 증폭기에는 고유 한 속성과 입력 바이어스 배열의 불일치로 인한 결과로 인해 작은 오프셋이 있습니다. 따라서 입력 신호가 0 인 경우에도 일부 연산 증폭기의 출력에서 ​​작은 출력 전압을 사용할 수 있습니다. 이 단점은 입력에 작은 오프셋 전압을 제공하여 수정할 수 있습니다. 이를 입력 오프셋 전압이라고합니다. 오프셋을 제거하거나 무효화하기 위해 대부분의 연산 증폭기에는 오프셋 무효화를 활성화하는 두 개의 핀이 있습니다. 이를 위해 일반적인 값이 100K 인 Pot 또는 Preset은 Wiper가 접지 된 핀 1과 5 사이에 연결되어야합니다. 프리셋을 조정하여 출력을 제로 전압으로 설정할 수 있습니다.

두. 스트로브 또는 위상 보상

Op-Amp는 때때로 불안정해질 수 있으며 전체 주파수 대역에서 안정적으로 만들 수 있도록 Cap은 일반적으로 Strobe 핀 ​​8과 핀 1 사이에 연결됩니다. 일반적으로 47pF 디스크 커패시터가 추가됩니다. 위상 보상 OpAmp가 안정적으로 유지되도록합니다. 이것은 OpAmp가 민감한 증폭기로 사용되는 경우 가장 중요합니다.

삼. 피드백

아시다시피 Op-Amp는 일반적으로 약 1,000,00 배의 매우 높은 수준의 증폭을 제공합니다. Op-Amp에 10,000 개의 이득이 있다고 가정하면 Op-Amp는 비 반전 입력 (V +)과 반전 입력 (V-)의 전압 차이를 증폭합니다. 따라서 출력 전압 V out은
10,000 x (V + – V-)

다이어그램에서 신호는 Non inverting 입력에 적용되고 Inverting 입력은 출력에 연결됩니다. 따라서 V + = V in 및 V- = Vout입니다. 따라서 Vout = 10,000 x (Vin – Vout). 따라서 출력 전압은 입력 전압과 거의 같습니다.

이제 피드백이 어떻게 작동하는지 살펴 보겠습니다. 단순히 반전 입력과 출력 사이에 저항을 추가하면 이득이 상당히 감소합니다. 출력 전압의 일부를 반전 입력으로 가져 가면 증폭을 상당히 줄일 수 있습니다.

이전 방정식에 따라 V out = 10,000 x (V + – V-). 그러나 여기에 피드백 저항이 추가됩니다. 그래서 여기서 V +는 Vin이고 V-는 R1.R1 + R2 x V out입니다. 따라서 V out은 10,000 x입니다 (Vin – R1.R1 + R2xVout). 그래서 V out = R1 + R2.R1x Vin

부정적인 의견:

여기서 Op-Amp의 출력은 반전 (-) 입력에 연결되어 있으므로 출력은 평형에 도달하기 위해 입력으로 피드백됩니다. 따라서 비 반전 (+) 입력의 입력 신호는 출력에 반영됩니다. 네거티브 피드백이있는 연산 증폭기는 필요한 수준으로 출력을 구동하므로 반전 입력과 비 반전 입력 간의 전압 차이는 거의 0이됩니다.

긍정적 인 피드백:

여기서 출력 전압은 비 반전 (+) 입력으로 피드백됩니다. 입력 신호는 반전 입력으로 공급됩니다. 포지티브 피드백 설계에서 반전 입력이 접지에 연결되면 연산 증폭기의 출력 전압은 비 반전 입력에서 전압의 크기와 극성에 따라 달라집니다. 입력 전압이 포지티브이면 Op-Amp의 출력은 포지티브가되고이 포지티브 전압은 비 반전 입력에 공급되어 완전한 포지티브 출력이됩니다. 입력 전압이 음수이면 조건이 반전됩니다.

연산 증폭기의 응용 – 오디오 전치 증폭기

필터 및 프리 앰프 :

파워 앰프는 프리 앰프 뒤와 스피커 앞에 올 것입니다. 최신 CD 및 DVD 플레이어에는 프리 앰프가 필요하지 않습니다. 볼륨 컨트롤과 소스 선택기가 필요합니다. 스위칭 컨트롤과 수동 볼륨을 사용하면 프리 앰프를 피할 수 있습니다.

오디오 전력 증폭기에 대해 간략히 살펴 보겠습니다.

파워 앰프는 낮은 레벨의 신호를 큰 신호로 변환하여 라우드 스피커를 구동 할 수있는 구성 요소입니다. 전력 증폭기의 역할은 상대적으로 높은 전압과 높은 전류를 생성하는 것입니다. 일반적으로 전압 이득의 범위는 20에서 30 사이입니다. 전력 증폭기의 출력 저항은 매우 낮습니다.

오디오 전력 증폭기의 사양

• 최대 출력 전력 :

출력 전압은 작은 신호와 큰 신호 모두에 대해 부하와 무관합니다. 부하에 적용된 주어진 전압은 전류량의 두 배를 유발합니다. 따라서 두 배의 전력이 전달됩니다. 정격 전력은 RMS 전압을 장기적으로 측정하는 정현파를 사용하여 전력을 측정 할 수있는 연속 평균 정현파 전력입니다.

• 주파수 응답 :

주파수 응답은 전체 오디오 대역을 20Hz에서 20KHz로 확장해야합니다. 주파수 응답에 대한 허용 오차는 ± 3db입니다. 대역폭을 지정하는 일반적인 방법은 증폭기가 공칭 0db에서 3db 감소하는 것입니다.

• 소음:

파워 앰프가 고주파수를 사용하는 경우 파워 앰프는 저잡음을 생성해야합니다. 노이즈 매개 변수는 가중되거나 가중되지 않을 수 있습니다. 가중치가없는 노이즈는 20KHz 대역폭 이상으로 지정됩니다. 귀의 민감도 가중치에 따라 노이즈 사양이 고려됩니다. 가중 잡음 측정은 더 높은 주파수에서 잡음을 감쇠시키는 경향이 있으므로 가중 잡음 측정은 가중치가없는 잡음 측정보다 훨씬 낫습니다.

• 왜곡:

총 고조파 왜곡은 일반적으로 다른 주파수에서 지정되는 일반적인 왜곡입니다. 이는 전력 증폭기 구동 부하 임피던스와 함께 제공되는 전력 수준에서 지정됩니다.