출력 범위, 대역폭, 슬루율을 각각 확인하기

허용되는 직류 동작 범위부터 확인합니다

연산 증폭기의 전원 범위, 입력 공통 모드 범위, 출력 스윙, 출력 전류, 안정성 조건은 서로 다른 사양입니다. ‘레일 투 레일’이라는 표현도 데이터시트의 조건과 함께 읽어야 합니다. 어떤 부하에서도 두 전원 레일에 정확히 도달한다는 뜻은 아닙니다. 교육용 예제에서는 3.3 V 전원과 0.2–3.1 V의 사용 가능한 출력 범위를 가정합니다. Vref = 1.65 V이고 이득이 11이면 최대 대칭 출력 변화는 1.45 V이며, 입력에서는 약 131.818 mV에 해당합니다.

대칭 변화의 한계는 기준 전압에서 위쪽과 아래쪽 경계까지의 거리 중 작은 값입니다. 신호가 기준을 중심으로 움직이더라도 실제 입력과 출력은 접지 기준의 절대 전압 범위 안에 있어야 합니다. 먼저 최대·최소 입력과 최대·최소 출력을 표로 적고, 부하가 연결된 실제 조건에서 데이터시트 범위와 비교하세요. 직류 범위 안에 있다는 판단은 다음의 속도 조건을 대신하지 않습니다.

소신호 대역폭

적절하게 보상된, 대략 단일 극점 특성의 전압 피드백 연산 증폭기에서는 폐루프 대역폭을 GBW를 잡음 이득으로 나누어 추정합니다. GBW가 1 MHz이고 잡음 이득이 11이면 약 90.909 kHz입니다. 이는 근사식이며 전류 피드백 또는 비완전 보상 증폭기에 보편적으로 적용되는 법칙은 아닙니다. 반전 신호 이득이 −10인 회로의 잡음 이득은 11이므로, 이 대역폭 계산에 10을 사용하면 잘못된 결과가 됩니다.

폐루프 대역폭이 90.909 kHz인 단일 극점 회로는 10 kHz에서 저주파 이득의 약 0.9940을 유지하고 위상 지연은 약 −6.28°입니다. 추가 극점, 용량성 부하, 배선 배치에 따라 결과가 달라질 수 있습니다. 실제 소자의 안정성 지침을 확인해야 합니다.

대역폭은 이득이 어느 주파수까지 비슷하게 유지되는지에 관한 정보입니다. 차단 주파수보다 낮다고 해서 진폭과 위상이 정확히 그대로인 것은 아닙니다. 센서 신호의 크기 오차나 위상 오차에 별도 요구가 있다면 사용 주파수에서의 전달 특성을 비교하세요. 소신호 해석은 동작점 주변을 선형화하므로, 큰 출력 진폭에서의 속도 제한은 따로 살펴야 합니다.

대신호 속도

피크 진폭이 Vp인 정현파 출력에 필요한 최대 기울기는 $2\pi fV_p$입니다. Vp = 1 V, f = 10 kHz이면 0.062832 V/μs가 필요합니다. 가정한 슬루율 0.5 V/μs는 이 기울기를 지원하지만, 100 kHz에서는 0.628319 V/μs가 필요하여 한계를 넘습니다. 소신호 AC 그래프만으로는 슬루율에 의한 대신호 왜곡을 알 수 없습니다.

같은 슬루율에서 2 V 출력 계단 변화에는 최소 4 μs의 전이 시간이 필요합니다. 이 값에는 정착 시간과 다른 동특성이 포함되지 않습니다. 출력이 최대 기울기로 이동할 수 있다는 조건은 목표 전압에 도착한 뒤 원하는 정확도로 정착했다는 뜻이 아닙니다. 계단 응답을 평가할 때에는 전이 시간과 허용 오차 안으로 들어오는 정착 시간을 구분하세요.

진폭, 대역폭, 슬루율을 함께 검사해야 합니다. 하나를 통과했다고 나머지도 통과하는 것은 아닙니다. 작은 진폭에서는 소신호 대역폭이 먼저 제한할 수 있고, 같은 주파수라도 진폭을 키우면 슬루율 제한이 문제가 될 수 있습니다. TI의 증폭기 구조 설명은 이득·대역폭 관계에 사용되는 가정의 배경을 제공합니다. 이 수업의 한계값은 모두 가상의 설계 입력이며 특정 부품의 사양이 아닙니다.