연산 증폭기 응용 1편(반전 증폭기와 비반전 증폭기)

 

반전 증폭기와 비반전 증폭기에 대해 간단한 언급은 아래의 회로이론 실험에 간략하게 적어놓았습니다.

 

2021.05.11 - [실험 관련/회로이론 실험] - OP Amp 반전, 비반전 증폭기 실험 해설(회로이론 1 실험)

OP Amp 반전, 비반전 증폭기 실험 해설(회로이론 1 실험)

 

이 글에서는 이상적인 연산 증폭기에서 반전과 비반전 증폭기 응용이 어떻게 증명이 되는지에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

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반전 증폭기

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연산 증폭기의 응용에서는 증폭기를 수식해주는 단어에 대해서 생각하고 원리를 알면 연산 증폭기를 이해하는데에 더욱 재미를 얻을 수 있습니다.

 

반전 증폭기는 왜 "반전" 이라는 단어를 가지고 있을까요?

 

그에 대한 해답은 입력과 출력이 반대되는 위상을 가지기 때문에 "반전" 증폭기 라고 표현을 하게 되는겁니다.

아래에 증명 과정을 통해 자세히 알아봐요

 

반전 증폭기

 

반전 증폭기의 구성은 다음과 같습니다.

 

1. (반전 입력 단자에) 입력 신호전압원 : V_signal = Vin

2. 입력 저항 : R1
3. 피드백 저항 : R_F

 

반전 증폭기 증명 과정

반전 증폭기의 출력 전압을 유도하기 위해서는 키르히 호프의 전류법칙을 사용하게 됩니다.

(Vin과 Vin1, Vin2의 표기를 주의깊게 읽으시길 바랍니다.)

 

* Node A에서의 KCL 을 사용

$$\frac{V_{in2}-V_{in}}{R_1}+\frac{V_{in2}-V_{out}}{R_F}=0$$
* * 이전 포스팅 내용에서 이상적인 연산 증폭기에서는 Vin2=Vin1 에서 Vin1이 접지(Ground, 그라운드)에 연결이 되어 Vin1=0 이고 따라서 Vin2 또한 0임을 알 수 있습니다.

 

$$\frac{0-V_{in}}{R_1}+\frac{0-V_{out}}{R_F}=0$$

$$V_{out}=-\frac{R_F}{R_1}V_{in}$$

$$A_V=\frac{V_{out}}{V_{in}}=-\frac{R_F}{R_1} ...... Eq.(1)$$

 

식 (1)에서 피드백 저항이 분자, 입력 저항이 분모에 있고, 마이너스(-) 부호가 있음을 알 수 있는데요

 

반전 증폭기에서 알아야 할 것은

"반전된 위상의 출력 전압"
"입력저항과 피드백 저항의 비에 따라 전압이득이 달라진다"

이 두가지를 꼭 기억하시기 바랍니다.

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비반전 증폭기

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비반전 증폭기는 출력이 입력에 대해 위상이 반전하지 않기 때문에 "비반전" 증폭기라 불리게 되는데요

저항의 구성은 비반전 입력에 입력 저항과 피드백 저항을 가지고 있습니다.(반전 증폭기와 동일한 구성)

하지만 입력이 비반전 입력에 들어가 반전 입력에 들어가 반대의 출력 전압 위상을 가진 반전 증폭기와 차이점을 가지게 되는겁니다.

비반전 증폭기

 

비반전 증폭기 증명 과정

* Node A에서의 KCL 을 사용

$$\frac{V_{in2}-V_{gnd}}{R_1}+\frac{V_{in2}-V_{out}}{R_F}=0  ... V_{gnd}=0$$

$$\frac{V_{in2}-0}{R_1}+\frac{V_{in2}-V_{out}}{R_F}=0 ... V_{in2}=V_{in1}=V_{in}$$
* 이전 포스팅 내용에서 이상적인 연산 증폭기에서는 Vin2=Vin1 를 가짐을 알 수 있습니다.

 

$$\frac{V_{in}}{R_1}+\frac{V_{in}-V_{out}}{R_F}=0$$

$$V_{out}=(1+\frac{R_F}{R_1})V_{in}$$

$$A_V=\frac{V_{out}}{V_{in}}=(1+\frac{R_F}{R_1}) ... Eq.(2)$$

 

식 2를 확인해 보면 

 

비반전 증폭기의 전압이득은 최소 1이상의 전압이득을 가진다

반전 증폭기와 달리 출력전압의 위상의 변화가 없다.

 

응용 1편인 반전 증폭기와 비반전 증폭기에 대해 알아보았습니다.

이전 포스팅 내용을 아래에 넣어놓았으니 계산 과정에서 어려움을 느끼신 분들은 참고하시기 바랍니다.

 

그럼 안녕~

 

2021.05.29 - [전자회로의 이해/연산 증폭기(Operational Amplifier)] - 연산 증폭기 기초 (Op amp basic)

연산 증폭기 기초 (Op amp basic)