OP Amp 강의 로드맵
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				가산증폭기 (Summing Amplifier)
				비교기 (Comparator)

 

 

시작하기 전에…

 

안녕하세요 공대생의 오아시스입니다. ^^

이번 시간에 배울 내용은 반전증폭기(Inverting Amplifier)와 비반전증폭기(Non-inverting Amplifier)로, 증폭기의 기본 기능에 충실한 대표적인 OP Amp 응용회로라고 할 수 있습니다.

대부분의 OP Amp 응용회로는 Negative Feedback 구성으로 이루어져있으며, KCL만 쓸 줄 알면 쉽게 분석할 수 있기 때문에 오늘 배우는 두 가지 회로를 잘 이해하신다면 다른 응용회로들도 큰 어려움 없이 받아들이실 수 있을 것입니다.

항상 드리는 말씀이지만 너무 부담갖지 말고 가벼운 마음으로 따라와주시기 바랍니다 ㅎㅎ.

 

 

1. 반전증폭기 (Inverting Amplifier)

 

 

위 회로가 반전증폭기(Inverting Amplifier)입니다.

Negative Feedback 구조로 되어있다는 것은 뭐 당연한 얘기이고… 달리 눈에 띄는 특징이라면 저항이 존재한다는 것과 입력을 – 단자(Inverting Input)에서 받는다는 것 정도겠네요 ㅎㅎ.

긴 말이 필요없습니다 바로 분석에 들어가보죠.

 

 

앞서 말씀드렸듯이 OP Amp 응용회로 분석은 키르히호프의 전류법칙(KCL)만 잘 쓰면 만사형통입니다.

우선 전류값을 구할 수 있도록 Ideal OP Amp의 조건을 회로에 표시해줍시다.

두 입력단자에는 전류가 흐르지 않아야하며 Negative Feedback이 존재하므로 두 입력단자의 전압은 같아야합니다.

+ 단자의 전압이 0V이므로 초록색 동그라미로 표시된 분기점(Junction)의 전압 또한 0V가 됨을 알 수 있습니다.

두 입력단자에 전류가 흐르지 않는다는 것은 간단히 빨간 X로 표시해주었습니다.

 

이제 초록색 동그라미의 분기점(Junction)에서 KCL 식을 세울 수 있습니다.

표시된 노드의 전압값들을 이용하여 각 전류를 표현해주면 아래와 같은 관계식이 나오게됩니다.

 

 \mathrm{\frac{0V-{V}_{in}}{{R}_{in}}+\frac{0V-{V}_{out}}{{R}_{f}}=0}

 

이대로는 무슨 의미인지 알아보기 힘드니 식을 좀 정리해볼까요?

 

\mathrm{Gain=\frac{{V}_{out}}{{V}_{in}}=-\frac{{R}_{f}}{{R}_{in}}}

 

좌변을 Gain(전압이득)으로 두고 정리해보았습니다.

출력전압 \mathrm{{V}_{out}}은 입력전압 \mathrm{{V}_{in}}의 \mathrm{-{R}_{f}/{R}_{in}}배가 된다는 소리네요 ^^.

 

머리로는 이해가 되는데 아직 감은 안 잡히실 겁니다.

간단한 예를 한번 들어보도록 하죠 ㅎㅎ.

 

 

입력전압으로는 12V가 들어오고있고 \mathrm{{R}_{in}}과 \mathrm{{R}_{f}}는 각각 200Ω, 100Ω입니다.

이 경우 출력전압 \mathrm{{V}_{out}}은 얼마가 될까요?

 

어렵게 생각할 필요 없이 단순 대입하면 됩니다.

아까 분명히 출력전압 \mathrm{{V}_{out}}은 입력전압 \mathrm{{V}_{in}}의 \mathrm{-{R}_{f}/{R}_{in}}배가 된다고 했으니 12에 – 1/2를 곱해주면 되겠네요.

간단히 정답은 – 6V가 된다는 것을 알 수 있습니다.

 

분명 입력으로는 양수인 12V가 들어갔는데 출력으로는 음수인 – 6V가 나왔죠?

‘반전증폭기(Inverting Amplifier)’라는 이름은 이처럼 출력의 극성이 입력의 극성과 달라지는 특성 때문에 붙은 것입니다.

회로의 형태를 완전히 외우지는 못해도 이름과 Gain(전압이득) 정도는 외워두시기 바랍니다. ^^

 

 

2. 비반전증폭기(Non-inverting Amplifier)

 

 

반전증폭기와 형제 사이라고 할 수 있는 비반전증폭기(Non-inverting Amplifier)입니다.

비슷비슷하게 생겼죠? ^^

생김새만 봐서는 딱히 할 수 있는 얘기가 없으니 대충 눈에 익혀만두고 바로 분석으로 넘어갑시다.

 

 

OP Amp 응용회로는 뭐만 할 줄 알면 된다구요? 네 맞습니다. KCL만 쓸 수 있으면 됩니다. ^^

마찬가지로 Ideal OP Amp의 조건을 회로에 표시해준 뒤 초록색 분기점에서 KCL 식을 세워줍니다.

 

\mathrm{\frac{{V}_{in}-0V}{{R}_{1}}+\frac{{V}_{in}-{V}_{out}}{{R}_{2}}=0}

 

여기서 Gain(전압이득)을 좌변에 두고 알아보기 쉽게 식을 정리하면…

 

\mathrm{Gain=\frac{{V}_{out}}{{V}_{in}}=1+\frac{{R}_{2}}{{R}_{1}}}

 

출력전압 \mathrm{{V}_{out}}은 입력전압 \mathrm{{V}_{in}}의 \mathrm{1+{R}_{2}/{R}_{1}}배가 된다는 결론을 얻을 수 있습니다.

반전증폭기와는 다르게 Gain에 – 가 붙어있지 않기 때문에 비반전증폭기를 통해 증폭된 출력은 입력과 같은 극성을 가집니다.

다만 상수 1이 그대로 더해지기 때문에 원하는 Gain을 맞출 때 저항값 선정에 주의해야합니다.

 

반전증폭기로 이미 한번 연습해봤으니 굳이 또 예시를 들 필요는 없겠죠? ^^

설명이 좀 짧았지만 다 제대로 이해하셨으리라 믿습니다.

 

 

마치며…

 

이렇게 반전증폭기와 비반전증폭기를 알아보았는데요.

사실 제가 알려드리고 싶었던 것은 반전증폭기와 비반전증폭기의 Gain(전압이득) 같은 것이 아니라 OP Amp 응용회로를 분석하는 방법이었습니다.

시험에는 반전 혹은 비반전증폭기의 Gain이 몇인지를 물어보는 시시한 문제같은 건 안나오기 때문입니다.

당장 전공서적만 봐도 OP Amp 응용회로들을 여러개 이어놓고 저항을 덕지덕지 붙여놓은 연습문제들이 태반입니다.

오늘 알려드린 정도로 그런 문제들에 대한 감을 잡기에는 턱없이 부족할테지만 이건 오직 많은 연습뿐이 답입니다.

Ideal OP Amp의 조건을 이용하여 적절한 위치에서 KCL을 적용시키고 입력전압과 출력전압의 관계식을 구하는 연습을 최대한 많이 하셔야 합니다.

에고… 끝낸다고 해놓고 잔소리만 줄줄이 늘어놨네요. ^^;

제 의도가 제대로 전달되었을지는 잘 모르겠지만… 이번 강의도 끝까지 읽어주셔서 감사합니다.

지금까지 공대생의 오아시스였습니다. ^^