OPAMP 활용_Inverting Amplifier

2020/11/11 - [Electronic circuit/Analog] - OPAMP 기초

OPAMP 기초

위 포스팅을 통해 Ideal OPAMP 특성과 Negative feedback이 적용된 Inverting Amplifier와 Non-Inverting Amplifier가 있다고 언급했다.

 

이번 포스팅은 Inverting Amplifier과 Non Inverting Amplifier에 대해 알아보자.

 

# Inverting Amplifier

R1과 R2에 흐르는 전류는 동일하다는 수식을 세우면 Inverting Amplifier의 이득은 -R2/R1이 된다.(자세한 식은 아래를 이미지를 확인바란다.)

 

두 저항에 흐르는 전류가 동일하다는 방정식을 구할 수 있는 이유는 OPAMP의 입력 임피던스가 무한대(Node가 OPEN되었다는 의미)이므로 OPAMP 입력단으로 흐르는 전류가 0이기 때문이다. 

 

이전 포스팅에서 언급했듯이 OPAMP간 입력단은 가상접지가 되어 있으므로 전압이 같으며 (-) node도 GND가 된 것을 의미한다.

 

 

만약 OPAMP가 이상적이지 않다면 입력 임피던스는 무한대가 아닌 매우 큰 값을 가지게 되며, 약간의 전류가 흐르게 된다. 결국 이 전류로 인해 Vin1과 Vin2에 전압 차이가 발생하며 이득은 -R2/R1보다 작아지게 된다.

 

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아래처럼 Vin2=0V가 아닌 1V로 바꾸면 이득과 출력전압(Vout)이 어떻게 변하는지 살펴보자.

 

그림을 보면 OPAMP의 Vin1과 Vin2에 모두 전압이 가해졌으므로 "중첩의 원리(전압원은 short, 전류원은 Open)"를 이용하여 해석해야 한다.

*중첩의 원리는 아래 블로그 포스팅을 참고바란다.

m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=seo0511&logNo=10129143028&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.co.kr%2F

회로해석방법 - 5 (중첩의 정리 : Superposition Theorem)

중첩의 원리를 활용하면 반전 증폭기와 비반전 증폭기로 분리가 된다. 

 

 

반전 증폭기는 위에서 이득을 구했으므로 생략하도록 하고 비반전 증폭기 이득을 구해보자.

 

 

결국 Vout = -V1(R2/R1)+Vin2(1+R2/R1)이 되며 V1에 AC source를, Vin2에 DC Source를 설정하면 원하는 출력 레벨을 가진 증폭기를 설계할 수 있다.

 

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그렇다면 V1을 Pulse 신호로, Vin2를 DC 신호로 임의의 값을 설정하여 예를 들어보겠다.

 

그림 3을 분석하면 Vout/V1일 경우에 이득은 -4배가 되며, Vout/Vin2일 경우에 이득은 5배가 된다.

 

입력신호 V1은 펄스신호이므로 0~t1=0V // t1~t2=1V // t2~=0V이며 Vin2는 DC 1V이다.

그럼 구간별로 출력전압을 계산해보자.

 

0  ~ t1: Vout = 0*-4 + 1*5 = 5V

t1 ~ t2: Vout = 1*-4 + 1*5 = 1V

t2 ~ t3: Vout = 0*-4 + 1*5 = 5V

 

즉, 그림3의 출력전압과 같은 펄스 신호를 얻을 수 있다. 일반적으로 Vin2를 0V로 입력하여 사용하는 것이 보통이지만 ADC Driving을 포함한 여러가지 이유로 인해 출력 DC 레벨을 조절하는 경우로 인해 그림3처럼 활용되기도 한다.

 

참고로 Vin2에 DC가 아닌 AC source가 인가되면 이 증폭기는 반전증폭기가 아닌 Differential Single Amplifier로 불린다.

 

다음 포스팅에서는 ADC 회로 기본 개념에 대해 작성하도록 하겠다.

 

*** 해당 포스팅은 아래 블로그 포스팅의 내용과 사진을 활용하여 작성되었습니다.

analog-circuit-design.tistory.com/4?category=776573

#2-2. Inverting Amplifier