OP AMP (연산증폭기) 비교기 동작 특성 및 원리 정리

지난 포스팅에 OP AMP의 동작 특성 중 버퍼회로에 대해 알아보는 시간을 가졌습니다.

이제는 비교기 회로의 동작 및 특성에 대해 알아보겠습니다.

복잡한 수식을 빼고 현장에서 써먹을 수 있는 내용만 간추려 적어보겠습니다.

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목차
1. 비교기 동작원리
2. 비교기 응용회로

1. 비교기 동작원리

비교기 동작원리는 회로구성에서도 그렇게 어렵지 않다고 봅니다. 피드백을 주는 부분이 없기 때문에 그렇습니다.

회로는 아래와 같은데요.

기본 동작원리를 수식으로 풀어보면 아래와 같습니다.

Vo =((Vin+ )- (Vin-)) X A

Vo : 출력

Vin+: 정의 입력

Vin-: 부의 입력

A: 이득

쉽게 말해 두단자에 걸리는 전압차를 이득을 곱해 출력으로 보내 줍니다.

특히 OP AMP의 이득은 이론상 무한대에 가깝다라고 하는데요. 하지만 실제로는 수만에서 수십만 정도 된다고 보시면 됩니다.

그렇다고 해도 어머어마한 이득값이기 때문에 Vo는 Vin+가 조금이라도 크거나 Vin-가 조금이라도 큰경우에 따라서 Vsat+ 또는 Vsat- 값으로 출력되게 됩니다.

Vsat에서 sat는 saturation(포화상태)를 의미합니다.

아래 그림을 보면 이해가 빠르게 되실 겁니다.

위그림과 같이 회로를 구성하는경우 Vin-에 VDD/2의 전압을 ref 전압으로 잡아주고 입력에 정현파를 넣으면 아래와 같은 결과를 나타 냅니다.

Vin+가 기준전압 Vref를 넘는 경우에는 VDD로 포화가 되어 vsat+가 출력이 되고 다시 Vin+가 Vref를 넘기지 못하는 경우에는 VEE로 포화가 되어 vsat-로 출력이 됩니다.

비교기는 다양한 회로에 응용되어 사용되어 질수 있습니다. 정현파를 구형파로 만드는 경우에도 사용되어 질수 있고 두전압을 비교하여 어느쪽이 큰지 감지할때도 사용할 수 있습니다.

비교기 IC는 일반적인 op amp IC보다 훨씬 큰 대역폭을 가지고 있고 스위칭 속도도 더 빠르다는 특징을 가지고 있습니다.

op amp IC를 활용하여 제작할때는 op amp를 쓰고 그보다 비교기를 이용한 회로를 구성할때는 더 특화된 비교기 IC를 선정하여 사용하는 것이 일반적입니다.