[회로이론] - 이상적인 OP AMP란?

전기 포스팅을 오랜만에 진행하는 것 같습니다.

 

날도 춥고...

 

집안에 머무는 시간이 많아지다보니

 

점점 더 게을러지는 것 같아요.

 

다시 심기일전해서 포스팅 해보도록 하겠습니다.

 

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지난 시간에는 찐 OP AMP와 그 이론에 대해서 공부했다면

 

오늘은 이상적인 상황을 가정하여 OP AMP를 공부해볼건데요.

 

별거 없습니다.

 

이상적인 OP AMP는 다음과 같은 특징을 가지도록 설계되었습니다.

 

개방루프 이득이 무한대에 가깝고

 

입력저항 역시 무한대에 가깝습니다.

 

그리고 출력저항이 거의 0에 가깝죠.

 

우리는 이것을 이상적인 OP AMP다 라고 가정합니다.

 

말로 표현하면 무슨말인지 이해가 잘 안가겠죠?

 

도식을 볼까요.

 

지난시간에 배웠던 그림을 따오겠습니다.

 

 

공급전원은 생략하고

 

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Ri와

 

Ro를

 

각각 보았을때

 

입력저항이 무한대라는 의미는

 

입력측이 거의 개방된 상태와 비슷하다는 의미이죠.

 

즉 입력측에 

 

V = I * R 공식으로 미루어보았을때

 

전류가 거의 0이므로

 

전력손실 I^2*R도 거의 0에 수렴합니다.

 

이상적인 OP AMP는 이렇듯 입력측 전력손실이 거의 없습니다.

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Ro가 0이라는 의미는

 

거의 단락이 되버린 상태라고 가정할 수 있는데.

 

저항이 단락되고 양끝단이 개방되어있다면 

 

출력측 역시 전력손실이 거의 없이 에너지가 변환될 수 있다는 사실을 캐치

할 수 있습니다

I^2 * R = P

 

공식에서 보듯

 

R이 거의 0이므로

 

I가 어떤상태이건

 

전력손실이 거의 0에 수렴합니다.

 

이상적인 OP AMP에 특성이죠.

 

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그에 반하여

 

개방루프 전압이득이 거의 무한대가 나오게끔

 

설계가 되어야 가장 이상적인 OP AMP라고 할 수 있는데

 

그 이유는

 

아래 그림을 통해 살펴보는게 좋겠군요.

 

위 그림은 이상적인 OP AMP의 간략화 된 그림입니다

 

 

위 그림을 다시봅시다.

 

OP AMP는 이미 배웠듯 V2-V1의 전압의 크기를

 

A배만큼 뻥튀기시켜 V(output)으로 내보낸다고 배웟었습니다.

 

수식으로 정리해보면.

 

(V2-V1)*A = V(output)

 

여기서 이상적인 OP AMP는 V2와 V1이 아예 같은 경우를 말합니다.

 

왜 같아야 하는지 그 이유는 밑에서 설명하겠습니다. 

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위에 기술한 조건을 잘 정리해보면 이렇습니다.

 

먼저 

 

I1과 I2는 각각 0일 수 밖에 없다는 사실을 알아야하죠

 

왜냐?

 

입력저항이 거의 무한대이기 때문에.

 

개방회로로 동작하므로.

 

솔직히 여기까지는 그럭저럭 이해가 되실겁니다.

 

문제는 다음이죠.

 

제가 학부생이었을때 OP AMP를 이해하는데

 

참 애먹었던 부분입니다.

 

V1이 반전 입력단자와

 

접지선 사이의 전압이라 가정하며

 

V2가 비반전 입력단자와

 

접지선 사이의 전압이라 가정하겠습니다.

 

이상적인 OP AMP는 어떤 소자일까요?

 

V2와 V1의 전압차가 없거나 매우 작은데

 

무한대만큼 전압을 증폭시킨다면 가장 이상적인 소자라고 할 수 있지 않을까요?

 

즉, 

 

(V2-V1) * A = V(output)

 

V(output)은 무한정 커질 수 없죠. 공급전압에 제한을 받는다고 이미 배웠습니다.

 

 

V2 - V1이 0인데 V(output)이 0이 아닌 상수가 나올라면

 

어찌해야 될까요?

 

모르긴 몰라도 A는 무한대에 근접해야 할 겁니다

 

이를 이상적인

 

OP AMP의 중요한 특성이라 볼 수 있는데.

 

실제로 회로해석은 이러한 특성을 기반으로 문제해석이 이루어집니다.

 

실제에 기반한 회로들은 이렇게 이상적인 특성을 모두 갖추고 있지 못합니다.

 

허나.

 

그 오차범위가 매우 미미하여 무시해도 될만큼

 

이상적인 소자와 가깝게 설계됩니다.

 

여기서 잠깐.

 

지난시간에 배웠듯 실제적인 OP AMP는 그 수치가 아무리커도

 

공급전압에 제한된다라고 말씀드렸던건

 

 

이번시간에도 잊지말고 기억하셨음하면서...

 

이번시간 짧게 마무리하겠습니다.