OP AMP GBW·Slew Rate 차이｜연산증폭기 속도 사양 해석

OP AMP 데이터시트를 보면 GBW, Slew Rate라는 항목을 자주 볼 수 있습니다.

두 값 모두 연산증폭기의 속도와 관련되어 있지만 의미는 서로 다릅니다.

가장 간단하게 보면

GBW = 증폭도와 주파수 사이의 소신호 대역폭 특성

Slew Rate = 출력전압이 얼마나 빠르게 변할 수 있는지 나타내는 최대 변화속도

라고 이해할 수 있습니다.

GBW와 Slew Rate 기본 차이

항목	의미	주로 확인하는 것
GBW	Gain Bandwidth Product	증폭도에 따른 사용 가능한 대역폭
Slew Rate	최대 출력전압 변화속도	큰 신호를 얼마나 빠르게 출력하는지
단위	Hz·MHz	V/µs
주요 영향	소신호 주파수 응답	큰 신호의 왜곡·응답속도

즉 GBW가 충분해도 Slew Rate가 부족하면 큰 신호에서 왜곡이 발생할 수 있습니다.

GBW란 무엇일까?

GBW는 Gain Bandwidth Product, 즉 이득-대역폭 곱입니다.

일반적인 전압 피드백 OP AMP에서는 주파수가 높아질수록 사용할 수 있는 증폭도가 낮아집니다.

예를 들어 GBW가

1MHz

인 OP AMP가 있다고 가정해보겠습니다.

단순한 1차 근사에서는 폐루프 이득이

1배 → 약 1MHz

10배 → 약 100kHz

100배 → 약 10kHz

정도의 대역폭을 예상할 수 있습니다.

즉 필요한 증폭도가 높아질수록 사용할 수 있는 주파수 범위는 줄어듭니다.

GBW가 10MHz면 10MHz 신호를 증폭할 수 있을까?

항상 그런 것은 아닙니다.

GBW 10MHz라는 숫자가 곧바로 모든 조건에서 10MHz 신호를 정상적으로 증폭할 수 있다는 뜻은 아닙니다.

예를 들어 폐루프 이득이 10배라면 단순 계산상 대역폭은

10MHz ÷ 10 = 약 1MHz

정도가 됩니다.

또한 실제 회로에서는 OP AMP 구조, Noise Gain, 부하, 피드백 네트워크 등에 따라 결과가 달라질 수 있습니다.

따라서 GBW는 실제 사용 가능한 주파수를 판단하기 위한 대표적인 설계 지표로 보는 것이 좋습니다.

Slew Rate란 무엇일까?

Slew Rate는 OP AMP 출력전압이 시간에 따라 변할 수 있는 최대 속도입니다.

보통

V/µs

단위로 표시됩니다.

예를 들어

Slew Rate = 1V/µs

라면 이상적인 조건에서 출력전압이 1µs 동안 최대 약 1V 변화할 수 있다는 의미입니다.

출력이 이보다 더 빠르게 변해야 하는 신호가 들어오면 OP AMP가 따라가지 못하면서 파형이 변형될 수 있습니다.

Slew Rate가 부족하면 어떻게 될까?

특히 진폭이 큰 고주파 사인파에서 문제가 나타날 수 있습니다.

사인파에 필요한 최소 Slew Rate는 다음 관계로 계산할 수 있습니다.

SR ≥ 2π × f × Vpeak

여기서

f = 신호 주파수

Vpeak = 출력신호의 피크전압

입니다.

예를 들어 100kHz에서 출력 피크전압이 5V라면

2 × 3.14 × 100,000 × 5

≈ 3.14V/µs

정도가 필요합니다.

따라서 이 조건에서 Slew Rate가 0.5V/µs인 OP AMP를 사용하면 출력 파형을 정상적으로 재현하기 어렵습니다.

1MHz 신호라면 얼마나 필요할까?

출력신호가

1MHz / 1Vpeak

라고 가정하면 필요한 최소 Slew Rate는

2π × 1MHz × 1V

≈ 6.28V/µs

입니다.

즉 1MHz라는 주파수만 보고 OP AMP를 선택해서는 안 됩니다.

같은 1MHz라도 출력진폭이 커질수록 필요한 Slew Rate가 증가합니다.

GBW가 충분하면 Slew Rate도 충분할까?

아닙니다.

GBW와 Slew Rate는 서로 관련은 있지만 같은 사양은 아닙니다.

예를 들어 어떤 OP AMP가 충분히 높은 GBW를 갖고 있어 소신호에서는 1MHz 신호를 증폭할 수 있다고 해도, 출력진폭이 커지면 Slew Rate 제한에 걸릴 수 있습니다.

반대로 Slew Rate가 높더라도 필요한 폐루프 이득에서 GBW가 부족하면 주파수가 올라갈수록 이득이 떨어집니다.

그래서 고속 OP AMP를 선택할 때는 GBW와 Slew Rate를 둘 다 확인해야 합니다.

Small Signal과 Large Signal 차이

GBW와 Slew Rate를 이해할 때 중요한 개념입니다.

Small Signal

출력 변화폭이 작아 Slew Rate 제한에 크게 영향을 받지 않는 상태입니다.

이때는 GBW와 폐루프 이득이 대역폭 결정에 중요한 역할을 합니다.

Large Signal

출력전압이 크게 변화하는 상태입니다.

이때는 OP AMP가 출력전압을 얼마나 빨리 변화시킬 수 있는지를 나타내는 Slew Rate가 중요해집니다.

따라서 데이터시트에 있는 Small-Signal Bandwidth와 Large-Signal Response가 서로 다르게 나타날 수 있습니다.

Full-Power Bandwidth란?

Slew Rate와 함께 **FPBW(Full-Power Bandwidth)**라는 항목도 볼 수 있습니다.

이는 OP AMP가 지정된 큰 출력진폭을 Slew Rate 제한 없이 사인파 형태로 출력할 수 있는 최대 주파수를 의미합니다.

관계는 대략

FPBW = Slew Rate ÷ (2π × Vpeak)

로 계산할 수 있습니다.

따라서 같은 OP AMP라도 출력진폭이 커지면 Full-Power Bandwidth는 낮아집니다.

GBW가 높을수록 무조건 좋은 OP AMP일까?

그렇지는 않습니다.

GBW와 Slew Rate가 높으면 빠른 신호 처리에 유리하지만 OP AMP에는 이외에도

입력 오프셋 전압

Input Bias Current

Noise

PSRR

CMRR

출력전류

소비전류

등 다양한 사양이 있습니다.

저속 정밀 센서회로에서는 매우 높은 GBW보다 낮은 오프셋과 낮은 노이즈가 더 중요할 수도 있습니다.

따라서 사용목적에 맞는 균형이 필요합니다.

실제 데이터시트는 어떻게 읽을까?

예를 들어 다음과 같은 OP AMP가 있다고 가정해보겠습니다.

GBW = 10MHz

Slew Rate = 5V/µs

폐루프 이득을 10배로 설정한다면 단순한 근사에서는

10MHz ÷ 10 = 약 1MHz

정도의 대역폭을 예상할 수 있습니다.

하지만 출력진폭이 큰 신호에서는 5V/µs의 Slew Rate가 충분한지도 별도로 계산해야 합니다.

즉 데이터시트에서는

필요한 이득 → GBW → 예상 대역폭 → 출력진폭 → Slew Rate

순서로 확인하면 이해하기 쉽습니다.

정리

OP AMP의 GBW와 Slew Rate는 모두 속도와 관련되어 있지만 서로 다른 특성을 나타냅니다.

GBW = 이득과 대역폭의 관계

Slew Rate = 출력전압의 최대 변화속도

GBW는 주로 소신호 대역폭, Slew Rate는 큰 신호의 고속 출력능력을 판단하는 데 중요합니다.

따라서 OP AMP를 선택할 때는 단순히 MHz가 높은 제품만 찾지 말고 필요한 증폭도 → 신호 주파수 → GBW → 출력진폭 → Slew Rate를 함께 확인하는 것이 중요합니다.

참고자료

• Texas Instruments – Precision Labs: Op Amps, Bandwidth / Gain & GBW: OP AMP의 폐루프 이득과 Gain-Bandwidth Product 관계 참고. Texas Instruments
• Analog Devices – MT-033: Voltage Feedback Op Amp Gain and Bandwidth: 전압 피드백 OP AMP의 Gain-Bandwidth Product와 폐루프 대역폭 관계 참고. Analog Devices
• Analog Devices – Op Amp Basics / Slew Rate and Full-Power Bandwidth: Slew Rate의 정의와 SR = 2πfVpeak, Full-Power Bandwidth 관계 참고. Analog Devices