분할된 피드백

전압 분배기를 네거티브 피드백 배선에 추가하여 출력 전압의 일부만 전체 양이 아닌 반전 입력으로 피드백되도록 하면 출력 전압은 다중 이 됩니다. 입력 전압(단순화를 위해 연산 증폭기에 대한 전원 공급 장치 연결이 다시 한 번 생략되었음을 명심하십시오):

R₁인 경우 및 R₂ 모두 동일하고 V_in 6볼트이면 연산 증폭기는 R1에서 6볼트를 떨어뜨리는 데 필요한 모든 전압을 출력합니다(반전 입력 전압을 6볼트로 만들고 두 입력 간의 전압 차이를 0으로 유지하기 위해). R1 및 R2의 2:1 전압 분배기를 사용하면 이를 달성하기 위해 연산 증폭기의 출력에서 ​​12볼트가 필요합니다.

이 회로를 분석하는 또 다른 방법은 R₁을 통해 전류의 크기와 방향을 계산하여 시작하는 것입니다. , 양쪽의 전압을 알고 있으므로(따라서 빼기에 의해 R₁ 양단의 전압 ) 및 R₁ 저항. R₁의 왼쪽부터 접지(0볼트)에 연결되고 오른쪽은 6볼트의 전위에 있습니다(V_in과 동일한 지점을 유지하는 음의 피드백으로 인해 ), R₁에 6볼트가 있음을 알 수 있습니다. . 이것은 R₁을 통해 6mA의 전류를 제공합니다. 오른쪽에서 왼쪽으로. 연산 증폭기의 두 입력 모두 임피던스가 매우 높다는 것을 알고 있기 때문에 분배기를 통해 전류를 더하거나 빼지 않을 것이라고 안전하게 가정할 수 있습니다. 즉, R₁을 처리할 수 있습니다. 및 R₂ 서로 직렬인 경우:R₁을 통해 흐르는 전류 R₂와 동일해야 합니다. . R₂를 통해 전류 알기 R₂의 저항 , 우리는 R₂ 양단의 전압을 계산할 수 있습니다 (6볼트) 및 그 극성. 접지(0볼트)에서 R₂의 오른쪽으로 전압을 카운트업 , 우리는 출력에서 ​​12볼트에 도달합니다.

마지막 그림을 검토할 때 "6mA의 전류는 어디로 가나요?"라고 궁금해할 수 있습니다. 출력 전압이 양수이므로 전류는 DC 전원 공급 장치의 양수 측에서 연산 증폭기의 출력 핀을 통해 R₂를 통해 흐릅니다. , R₁을 통해 , 지상으로. 연산 증폭기의 널 감지기/전위차계 모델을 사용하면 현재 경로는 다음과 같습니다.

6볼트 신호 소스는 회로에 전류를 공급할 필요가 없습니다. 단순히 반전(-) 입력 핀과 비반전(+) 입력 핀 사이의 전압 균형을 연산 증폭기에 명령하여 다음과 같은 출력 전압을 생성합니다. 2개의 1kΩ 저항의 분할 효과로 인해 입력이 2배가 됩니다.

R₁ 값을 조정하는 것만으로 이 회로의 전압 이득을 전체적으로 변경할 수 있습니다. 및 R₂ (반전 입력에 피드백되는 출력 전압의 비율 변경). 이득은 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.

이 증폭기 회로 설계의 전압 이득은 1보다 작을 수 없습니다. R₂를 낮추면 0 옴의 값으로, 우리의 회로는 본질적으로 전압 팔로워와 동일할 것이며 출력은 반전 입력에 직접 연결됩니다. 전압 팔로워의 이득은 1이므로 비반전 증폭기의 이득 하한을 설정합니다. 그러나 게인은 R₂를 증가시켜 1을 훨씬 넘어 증가시킬 수 있습니다. R₁에 비례하여 .

또한 출력의 극성은 전압 팔로워와 마찬가지로 입력의 극성과 일치합니다. 양의 입력 전압은 양의 출력 전압을 생성하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다(접지 기준). 이러한 이유로 이 회로를 비반전 증폭기라고 합니다. .

회로의 전압 및 전류에 대한 연산 증폭기의 차동 이득의 관련성

전압 팔로워와 마찬가지로 연산 증폭기의 차동 이득은 매우 높으면 관련이 없습니다. 이 회로의 전압과 전류는 연산 증폭기의 전압 이득이 200,000이 아닌 250,000이면 거의 변경되지 않습니다. 이것은 개별 트랜지스터의 베타가 증폭기의 전체 이득에 크게 영향을 미치는 단일 트랜지스터 증폭기 회로 설계와 극명한 대조를 이룹니다. 네거티브 피드백을 사용하면 연산 증폭기 내부 이득이 아니라 피드백 저항에 의해 설정된 비율에 따라 전압을 증폭하는 자체 수정 시스템이 있습니다.

반전 입력에서 입력 전압에 따른 결과 출력 전압 및 이득

전압 분배기를 통해 음의 피드백을 유지하지만 다른 위치에 입력 전압을 적용하면 어떻게 되는지 봅시다.

비반전 입력을 접지함으로써 출력의 음의 피드백은 반전 입력의 전압을 유지하려고 합니다. 그것도 0볼트에서. 이러한 이유로 반전 입력은 이 회로에서 가상 접지라고 합니다. , 피드백에 의해 접지 전위(0볼트)로 유지되지만 접지에 직접 연결(전기적으로 공통됨)되지 않습니다. 이때 입력전압은 분압기의 좌측단에 인가된다(R₁ =R₂ =다시 1kΩ), 접지 전위(0볼트)에서 중간의 균형을 맞추기 위해 출력 전압은 -6볼트로 스윙해야 합니다. 비반전 증폭기와 동일한 기술을 사용하여 R₁부터 시작하는 전류 크기와 방향을 결정하여 이 회로의 작동을 분석할 수 있습니다. , 그리고 계속해서 출력 전압을 결정합니다.

R₁ 값을 조정하는 것만으로 이 회로의 전체 전압 이득을 전체적으로 변경할 수 있습니다. 및 R₂ (반전 입력에 피드백되는 출력 전압의 비율 변경). 이득은 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.

이 회로의 전압 이득은 R₂ 비율에만 의존하여 1보다 작을 수 있습니다. R₁로 . 또한 출력 전압은 항상 입력 전압의 반대 극성입니다. 양의 입력 전압은 음의 출력 전압을 생성하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다(접지 기준). 이러한 이유로 이 회로를 반전 증폭기라고 합니다. . 때때로 게인 공식에는 음수 기호가 포함됩니다(R₂ /R₁ 분수) 극성의 반전을 반영합니다.

우리가 방금 조사한 이 두 증폭기 회로는 입력 전압 신호의 크기를 곱하거나 나누는 목적으로 사용됩니다. 이것이 정확히 곱셈과 나눗셈의 수학적 연산이 아날로그 컴퓨터 회로에서 일반적으로 처리되는 방식입니다.

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