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연산 증폭기 게인 및 대역폭 계산기

반전, 비반전 및 차동 증폭기 구성을 위한 연산 증폭기 전압 이득, 게인 (dB), −3dB 대역폭, 입력 임피던스를 계산합니다.

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공식

A_v^{non-inv} = 1 + \frac{R_f}{R_{in}}, \quad A_v^{inv} = -\frac{R_f}{R_{in}}, \quad f_{-3dB} = \frac{GBW}{|A_v|}

참고: Horowitz & Hill, The Art of Electronics, 3rd ed.

Av — Voltage gain (V/V)
Rf — Feedback resistor (R1) (kΩ)
Rin — Input resistor (R2) (kΩ)
GBW — Gain-bandwidth product (Hz)
f₋₃dB — −3 dB bandwidth (Hz)
Zin — Input impedance (Ω)

작동 방식

연산 증폭기 (연산 증폭기) 는 전압 증폭, 신호 컨디셔닝 및 수학 연산을 제공하는 아날로그 전자 장치의 기본 구성 요소입니다.연산 증폭기 회로의 게인은 구성과 피드백 네트워크에 따라 달라집니다.비반전 구성에서는 입력 신호가 양극 단자에 적용되고 음의 피드백은 게인을 제어합니다.게인 방정식 G=1+Rf/Rin은 피드백 저항 (Rf) 과 입력 저항 (Rin) 이 증폭을 결정하는 방식을 반영합니다.반전 구성은 입력을 음극 단자에 적용하여 출력에 180도 위상 변이를 생성합니다.여기서 게인은 -Rf/Rin 비율에 의해 결정되며 음수 부호는 위상 반전을 나타냅니다.대역폭은 앰프가 특정 게인 레벨을 유지할 수 있는 최대 주파수를 나타내는 게인 대역폭 곱 (GBW) 을 특징으로 하는 중요한 파라미터입니다.-3dB 주파수 (F-3dB) 는 GBW를 절대 게인 크기로 나누어 계산하므로 증폭기의 주파수 응답 한계를 파악할 수 있습니다.

계산 예제

Rf = 10kΩ, Rin = 2.2kΩ인 비반전 구성의 LM358 연산 증폭기를 생각해 보십시오.게인 계산은 G = 1 + (10,000Ω/2,200Ω) = 5.55입니다.즉, 입력 신호가 5.55배 증폭됩니다.연산 증폭기의 게인 대역폭 곱이 1MHz인 경우 -3dB 주파수는 1MHz/ |5.55| ≈ 180kHz로 계산됩니다.이때 증폭기의 출력은 공칭 게인보다 3데시벨 떨어지게 되는데, 이는 회로의 실제 대역폭 제한을 나타냅니다.

실용적인 팁

  • ✓연산 증폭기 전원 핀 가까이에 디커플링 커패시터를 사용하여 노이즈를 줄이십시오.
  • ✓설계 요구 사항보다 훨씬 높은 게인 대역폭 제품을 갖춘 연산 증폭기를 선택하십시오.
  • ✓부하 효과를 방지하기 위해 입력 임피던스 요구 사항 고려

흔한 실수

  • ✗슬루레이트 및 입력 오프셋 전압과 같은 연산 증폭기의 실제 제한 무시
  • ✗게인 설정에 관계없이 무한 대역폭을 가정
  • ✗기생 커패시턴스 및 성능 저하로 이어지는 부적절한 PCB 레이아웃

자주 묻는 질문

비반전 구성에서는 입력 신호가 양극 단자에 적용되고 출력은 입력과 동위상입니다.반전 구성에서는 입력이 음극 단자에 적용되어 180도 위상 편이가 발생합니다.
피드백 저항은 증폭 계수를 제어하는 비율을 생성하여 게인을 결정합니다.이러한 저항의 특정 배열은 회로의 게인 특성을 정의합니다.
게인 대역폭 제품 (GBW) 은 앰프가 특정 게인 레벨을 유지할 수 있는 최대 주파수를 나타내는 기본 제한입니다.
대부분의 연산 증폭기는 DC 신호를 증폭할 수 있지만 고정밀 DC 애플리케이션의 경우 입력 오프셋 및 드리프트와 같은 실용적인 고려 사항을 고려해야 합니다.
연산 증폭기를 선택할 때는 게인 대역폭 곱, 슬루레이트, 입력 임피던스, 전력 소비, 작동 전압 범위와 같은 파라미터를 고려하십시오.

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