OP Amp 강의 로드맵
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				반전 / 비반전증폭기 (Inverting / Non Inverting Amplifier)
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				비교기 (Comparator)

 

 

시작하기 전에…

 

안녕하세요 공대생의 오아시스입니다. ^^

이번 글에서는 대표적인 OP Amp 응용회로 중 하나인 전압 팔로워(Voltage Follower)에 대해 알아보려고 합니다.

원래 응용회로 종류만 간단히 소개하고 OP Amp 내용을 마무리 지으려고 했는데 구체적인 설명이 있는 편이 좋을 것 같아서 내용을 나누기로 하였습니다.

종류가 많아서 그렇지 요령만 깨우치면 정말 쉬운 것이 OP Amp 응용회로입니다.

부담갖지 마시고 차근차근 따라오시다 보면 쉽게 이해하실 수 있으실 겁니다 ㅎㅎ.

 

 

1. 전압 팔로워(Voltage Follower) 회로 분석

 

 

뭔가 많아보이지만 어려울 것 하나 없는 간단한 회로입니다.

Negative Feedback이 하나 있고 \mathrm{{V}_{+}} 단자에서는 \mathrm{{V}_{in}} 전압원을 통해 전압을 입력받고있습니다.

그 결과로 인해 출력단자에서 출력되는 전압이 \mathrm{{V}_{out}} 이 되는 것이구요.

저번 시간에 말씀드렸듯이 회로 분석은 Ideal OP Amp를 기준으로 할 것입니다.

(하단 부분의 삼각형 표시는 접지입니다.)

 

만약 위 내용들이 무슨 소리인지 이해가 가지 않으신다면 이전 강의들을 반드시 먼저 보고 오시기 바랍니다.

1. OP AMP 기초 강의

2. Ideal OP AMP (이상적인 연산증폭기)

 

아래 사진은 저번 시간에 Negative Feedback이 있는 Ideal OP Amp의 특징을 설명할 때 보여드렸던 사진입니다.

(눈치 빠른 분들은 알아채셨겠지만 전압 팔로워 회로였습니다. 여기서 전압원만 추가해주면 위 회로랑 똑같아지죠? ^^)

 

 

저번 시간에 배웠던 Ideal OP Amp의 특징을 기억하시나요?

두 가지 특징이 있었습니다.

1. 두 입력단자에는 전류가 흐르지 않는다. ( \mathrm{\mathbf{{I}_{+}={I}_{-}=0}} )

2. Negative Feedback이 존재할 경우 두 입력단자의 전압은 같다. (\mathrm{\mathbf{{V}_{+}={V}_{-}}})

 

 

우리가 분석하고 있는 전압 팔로워 회로는 Negative Feedback이 존재하므로 두 가지 특징을 모두 만족시킵니다.

따라서 두 번째 특징에 의해 \mathrm{\mathbf{{V}_{+}={V}_{-}}} 관계가 성립하는데 이때 \mathrm{\mathbf{{V}_{+}={V}_{in}}}이고 \mathrm{\mathbf{{V}_{-}={V}_{out}}} 이므로 최종적으로 아래와 같은 식을 얻을 수 있습니다.

 

\mathrm{\mathbf{{V}_{in}={V}_{out}}}

 

해석하자면 ‘입력전압은 그대로 출력전압이 된다’가 되겠네요.

왜 이 회로의 이름이 ‘전압 팔로워(Voltage Follower)’ 인지 이제 좀 이해가 가시나요? ^^

전압 팔로워는 이처럼 입력전압이 그대로 출력전압이 되기 때문에 Gain(전압이득)이 1이 됩니다.

 

 

2. 전압 팔로워(Voltage Follower)를 사용하는 이유

 

전압 팔로워에서 입력전압이 그대로 출력전압이 된다는 건 알겠는데 한 가지 의문이 생깁니다.

분명 증폭기 기능을 이용하기 위해서 OP Amp를 사용한 것일텐데 왜 굳이 입력을 그대로 출력해주는 회로를 만들었을까요?

증폭도 시키지 않고 그대로 이용할 것이라면 아래 그림처럼 전압원을 바로 연결하면 될텐데 말이죠.

 

 

뭐 당연한 이야기이지만 위 방식과는 차이가 있기 때문에 전압 팔로워를 사용합니다 ㅎㅎ…

출력측에 부하 저항을 연결한 상황을 생각해봅시다.

 

 

부하 저항에 \mathrm{\mathbf{{V}_{in}}} 만큼의 전압을 걸어주고 싶을 때 우리는 보통 위와 같은 그림을 상상합니다.

이론상으로는 틀린 점 하나 없는 상황이지만, 실제로는 그렇지 않습니다.

실제 사용되는 전압원 대부분은 내부 저항을 가지고 있기 때문입니다.

 

 

즉, 여러가지 현실적인 요소를 반영한 내부 저항을 \mathrm{\mathbf{{R}_{s}}} 라고 했을 때, 부하 저항에 최종적으로 걸리는 전압은 입력 전압 그대로인 \mathrm{\mathbf{{V}_{in}}} 이 아니라 \mathrm{\mathbf{{R}_{s}}} 를 지나면서 전압 강하가 일어난 전압 \mathrm{\mathbf{{V}_{in}-{V}_{s}}}입니다.

전압이 줄어들었다는 것은 전력 손실을 의미하고, 이와 같은 상황이 되는 것은 원치 않기 때문에 전압 팔로워를 사용하는 것입니다.

 

그렇다면 전압 팔로워는 대체 어떻게 도움을 줄 수 있다는 것일까요?

 

 

내부 저항 \mathrm{\mathbf{{R}_{s}}} 이후부터 부하 저항까지 직선으로 연결하지 않고 전압 팔로워를 사이에 두었습니다.

(내부 저항은 함수 발생기와 같은 전압원 내부에 있는 저항을 말하는 것이기 때문에 \mathrm{\mathbf{{R}_{s}}}과 \mathrm{\mathbf{{V}_{in}}}을 통틀어서 현실 반영된 전압원으로 생각해주세요…!)

Ideal OP Amp의 특징에 의해 입력 단자에는 전류가 흐르지 않기 때문에 \mathrm{\mathbf{{R}_{s}}}를 지난 뒤에도 \mathrm{\mathbf{{V}_{in}}} 전압을 유지할 수 있고, 전압 팔로워의 기능에 의해 부하 저항에는 \mathrm{\mathbf{{V}_{in}}} 전압이 걸릴 수 있는 것입니다.

 

사실 Ideal OP Amp라는 것은 실제로 존재하지 않는 것이기 때문에 이 또한 오차를 피해갈 수는 없습니다.

하지만 실제 OP Amp들은 Ideal OP Amp와 ‘얼추 비슷할 정도’로 기능할 수 있도록 만들어지기 때문에 전압 팔로워를 안 쓰는 것보다는 훨씬 나은 결과를 가져다줍니다.

 

조금 어려운 내용이 되었을지도 모르겠네요 ^^;

아무튼 전압 팔로워를 사용하는 이유는 입력 전압을 부하측에 그대로 배달해주기 위해서… 혹은 전력 보존을 위해서라고 알아두시면 될 것 같습니다.

(이러한 기능 때문에 Unity Gain Buffer로 불리기도 한답니다.)

 

 

마치며…

 

전압 팔로워는 기본 상태의 OP Amp를 Negative Feedback 형식으로 구성한 것 뿐이기 때문에 OP Amp 응용회로 중에서 최약체라고 할 수 있습니다.

기능이 너무 단순한 탓에 사용하는 이유를 생각해내기가 쉽지는 않지만요 ^^;

다음 강의에서는 전압 팔로워의 모양을 띄고 있지만 저항이 붙고 전압원의 위치가 바뀌거나 하는 회로들에 대해 배울 예정입니다.

회로에 조금의 변화를 주는것만으로도 여러가지 유용한 기능들을 구현할 수 있기 때문에 재미있는 내용이 될 겁니다. ㅎㅎ

더 자세한 내용은 다음 강의에서 다루기로 하고, 오늘은 일단 이걸로 마치도록 하겠습니다.

긴 글 읽어주셔서 감사합니다. 지금까지 공대생의 오아시스였습니다. ^^