인스트루멘테이션 앰프

계장 증폭기

이 회로는 3개의 Op-amp가 역할을 분담하여 “원음 손실 없는 수용”과 “완벽한 노이즈 뺄셈”을 동시에 달성합니다.

그림 1

Hot 신호와 Cold 신호의 최전방에 각각 1개씩, 총 2개의 Op-amp가 배치됩니다.

• 무한대의 입력 임피던스
  • 신호가 Op-amp의 비반전 입력(+)으로 곧바로 진입하므로, 마이크 전압 신호를 중간에서 깎아먹지 않고 100% 온전하게 받아들입니다.
• 차동 신호만 증폭
  • 두 Op-amp 사이에 걸린 게인 저항($R_G$)은 위상이 반대인 순수 오디오 신호(차동 신호)만 선택적으로 뻥튀기합니다.
  • 위상이 같은 유도 노이즈(공통 모드 신호)는 양단 전위차가 없어 증폭되지 않고 그대로(Gain = 1) 통과합니다.

마지막 세 번째 Op-amp는 앞의 두 녀석이 넘겨준 신호를 받아 뺄셈 연산을 수행합니다.

$$\text{Output} = \text{Hot} - \text{Cold}$$

• 위상이 반대였던 순수 오디오 신호는 뺄셈(-)을 만나면서 오히려 크기가 2배로 합쳐져 깨끗하게 출력됩니다.
• 반면, 케이블에 똑같이 껴 들어와 증폭되지 못했던 유도 노이즈는 동일한 위상끼리 서로 빼지면서 물리적으로 완전히 상쇄($0$)되어 소멸합니다. 이를 극상의 CMRR(공통모드제거비)이라고 부릅니다.

왜 Op-amp를 3개나 쪼개어 쓰는가?
Op-amp를 1~2개만 쓰면 입력 임피던스가 깎여 고역이 무너지거나, 고주파로 갈수록 위상 차이로 인해 노이즈 제거 능력이 떨어집니다.

반면 3-Op-amp 구조는 트랜스포머의 물리적 왜곡(THD)을 일절 허용하지 않으면서도, 높은 임피던스와 강력한 노이즈 차단 능력을 반도체 회로로 완벽하게 구현해 낸 정점의 토폴로지입니다. 하이엔드 프리앰프들이 소스의 순수성과 투명함을 위해 이 구조를 고집하는 이유입니다.