[회로 기초] 비반전 증폭기에 대해 알아보자

비반전 증폭기

앞서 우리는 반전 증폭기에 대해 알아보았다.

반전 증폭기에서 출력의 신호는 입력의 신호와 반대로 출력됨을 확인했다. 

비반전 증폭기는 이름에서 알 수 있듯이 반전 증폭기와는 달리 출력의 신호가 입력의 신호와 동일하게 출력되는 회로이다. 아래의 회로가 비반전 증폭기 회로이다. 아래 회로를 보며 비반전 증폭기에 대해 확인해보자.

비반전 증폭기 회로

 

반전 증폭기와는 달리 입력 전압이 비반전 입력 단자의 입력으로 들어간다.

이런 회로를 해석할 때 OP amp는 Ideal OP amp라고 가정하고 회로를 해석해보자.

Ideal OP amp의 특성 중 하나인 가상 단락(virtual short)을 적용하면 V_p의 전압과 V_n의 전압이 같아야 한다.

또 Ideal OP amp의 특성 중 하나인 입력 단자의 저항이 무한대라는 것을 적용하면 비반전 입력 단자의 전압은 비반전 증폭기 회로의 입력 전압 V_i가 된다. 아래와 같이 표현할 수 있다.

 

입력 전압 V_i와 출력 전압 V_o 사이의 관계를 알아내기 위해서는 V_n의 전압을 구하면 된다.

V_n의 전압은 Ideal OP amp의 특성 중 하나인 입력 단자의 저항이 무한히 크다는 점을 적용하여 KCL을 사용하면 구할 수 있다. 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

 

위의 식을 정리하면 출력 전압 V_o를 V_n에 대해 다음과 같이 표현할 수 있다. 

 

위에서 얘기했던 virtual short에 따라 V_n의 전압은 V_p와 같고 이는 입력 전압 V_i와 같았다.

그러므로 출력 전압 V_o를 입력 전압 V_i에 대해 표현하면 다음과 같이 표현할 수 있다.

비반전 증폭기 식

 

입력 전압에 비례하고 입력 전압과 동일한 부호를 취하는 출력 전압이 출력된다.

 

앞에서도 얘기했었지만 여기서 빠져있어 놓칠 수 있는 부분은 출력 전압 V_o는 Vcc와 -Vcc를 넘어갈 수 없다는 점이다.

실제 회로를 해석할 때 Vcc와 -Vcc도 같이 고려하는 것을 잊지 말아야 한다.