OP Amp 차동증폭기(Differential Amplifier) 회로

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시작하기 전에…

 

안녕하세요 공대생의 오아시스입니다. ^^

이번 시간에 배울 것은 ‘차동증폭기(Differential Amplifier)’로, 역시 OP Amp 응용회로의 연장선상에 있는 내용이 되겠습니다.

OP Amp 응용회로라는게 종류는 많지만 분석 과정에 있어서 겹치는 부분이 많기 때문에 자세한 설명보다는 정보 전달에 중점을 두려고 합니다.

조금 딱딱한 느낌의 글이 될 수도 있겠네요… ㅠㅠ

중간중간 생략된 내용들에 대해서는 이전 강의들을 참조해주세요…!

 

 

차동증폭기(Differential Amplifier) 분석

 

differential-amplifier

 

위 사진이 차동증폭기(Differential Amplifier)의 회로입니다.

두 입력단자를 모두 사용하여 입력을 받는다는 것저항 \mathrm{\mathbf{{R}_{g}}}를 잘 기억해두시기 바랍니다.

(접지저항 \mathrm{R_g}가 쓸모없어 보여도 이게 없으면 입력단자에 전류가 흐르지 않는다는 조건을 만족할 수 없습니다.)

 

differential-amplifier-analysis

 

분석을 위해 가장 먼저 할 일은 Ideal OP Amp의 조건을 회로에 표시해주는 것입니다.

+ 입력단자와 – 입력단자의 전압이 같다는 건 알지만 몇 인지는 아직 알 수가 없으므로 변수 \mathrm{\mathbf{{V}_{x}}}로 둡니다.

입력단자에 전류가 흐르지 않는다는 것은 간단히 빨간 X로 표시해두었습니다.

 

분석 자체는 언제나 그랬듯이 KCL을 이용하시면 됩니다.

다만 이번에는 두 지점에서 식을 세워줘야겠네요.

 

초록색 노드에서 얻은 KCL 식

 

\mathrm{\frac{V_x-V_1}{R_1}+\frac{V_x-V_{out}}{R_f}=0}

 

노란색 노드에서 얻은 KCL 식

 

\mathrm{\frac{V_x-V_2}{R_2}+\frac{V_x-0}{R_g}=0}

 

두 식을 연립하여 미지수 \mathrm{\mathbf{V_x}}를 소거해준뒤 정리해줍니다.

 

\mathrm{V_{out}=\frac{R_f}{R_1}(1+\frac{R_1}{R_f})(\frac{R_g}{R_2+R_g})V_2-\frac{R_f}{R_1}V_1}

 

그다지 의미있어 보이는 식은 아니죠? ^^

그런데 여기서 네 개의 저항값이 모두 같다는 조건이 붙으면… ( \mathrm{R_1=R_2=R_f=R_g} )

 

\mathrm{V_{out}=V_2-V_1}

 

보시는 것처럼 출력전압은 두 입력전압의 차라는 깔끔한 관계가 나옵니다.

 

이처럼 저항값을 적절히 조절하여 두 입력전압의 차에 대한 여러가지 출력을 만들어내는 것이 차동증폭기입니다.

저항값을 어떻게 두냐에 따라 \mathrm{V_2-V_1} 이외에도 \mathrm{2V_2-V_1}여러가지 출력이 가능합니다.

 

 

마치며…

 

이렇게 차동증폭기에 대해 알아봤는데요, 어떠셨나요? 별거 없죠? ^^

다음 강의에서는 가산증폭기(Summing Amplifier)로 찾아뵙겠습니다.

얘도 별거 아닌 놈이니까 걱정하실 필요는 없습니다 ㅎㅎ…

감사합니다 공대생의 오아시스였습니다.

3 thoughts on “OP Amp 차동증폭기(Differential Amplifier) 회로

    1. 초록색 노드에서 얻은 식 양변에 R_1*R_f를 곱하면 R_f*(V_x – V_1) + R_1*(V_x – V_out) = 0
      노란색 노드에서 얻은 식 양변에 R_2*R_g를 곱하면 R_g*(V_x – V_2) + R_2*V_x = 0 이 되고
      두 식을 각각 정리하면 V_x*(R_f + R_1) = R_f*V_1 + R_1*V_out 그리고 V_x*(R_g + R_2) = R_g*V_2 이 됩니다.
      여기서 V_x에 대한 식으로 한번 더 정리해주면 각각 V_x = (R_f*V_1 + R_1*V_out)/(R_f + R_1) 그리고 V_x = (R_g*V_2)/(R_g + R_2)이 되겠죠?
      두 식 모두 같은 V_x이므로 (R_f*V_1 + R_1*V_out)/(R_f + R_1) = (R_g*V_2)/(R_g + R_2) 로 두고 V_out에 대한 식으로 정리하면 위와 같은 결과가 나옵니다.

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