전압 분배기로 비반전·반전 오피앰프 증폭기 이득 설정하기

오피앰프 부 피드백 경로에 전압 분배기를 추가하면 출력의 일부만 반전 입력으로 돌아갑니다. 결과적으로 출력이 입력의 예측 가능한 배수가 됩니다. 전원 연결은 단순화를 위해 생략했습니다.

R₁ = R₂ = 1kΩ, 6V 입력일 때 반전 입력을 6V로 유지하려면 오피앰프 출력이 12V여야 합니다. 분배기가 출력을 입력의 2배로 강제합니다.

R₁을 흐르는 전류로 봐도 같습니다. R₁ 왼쪽은 접지(0V), 오른쪽은 6V이므로 6V가 걸려 6mA가 오른쪽→왼쪽으로 흐릅니다. 오피앰프 입력 전류는 무시할 만하므로 같은 전류가 R₂를 흘러 6V 강하, 둘을 더해 12V 출력이 나옵니다.

이 6mA는 양전원에서 나와 오피앰프 출력 핀→R₂→R₁→접지로 흐릅니다. 6V 소스는 단지 오피앰프가 두 입력을 평형 맞추게 할 뿐, 분배기에 전류를 공급하지 않습니다.

저항값을 바꾸면 전체 이득이 변합니다. 일반 이득 공식은

이득은 1 미만으로 내려갈 수 없습니다. R₂가 0Ω이면 전압 팔로워(단일 이득)가 됩니다. R₂를 R₁ 대비 키우면 이득을 마음껏 높일 수 있습니다.

출력 극성이 입력과 같으므로 비반전 증폭기라 부릅니다.

오피앰프 차동 이득의 역할

부 피드백이 걸리면 오피앰프 내부 차동 이득(예: 200,000 또는 250,000)은 전체 회로 동작에 거의 영향을 주지 않습니다. 외부 저항 비율이 루프 이득을 정하므로, β가 성능을 크게 좌우하는 트랜지스터 증폭기와 대조됩니다.

접지된 비반전 입력을 가진 반전 증폭기

이제 입력을 분배기 하단에 주고 비반전 입력을 접지해 보겠습니다.

부 피드백이 반전 입력을 가상 접지(0V)로 강제합니다. R₁ = R₂ = 1kΩ, 왼쪽 입력 6V라면 중간 노드를 0V로 유지하려면 출력이 –6V로 스윙해야 합니다.

이 구성의 이득은

여기서 이득은 1 미만일 수도 있고, 출력 극성이 입력과 반대이므로 반전 증폭기라 부릅니다.

핵심 정리

• 오피앰프 반전 입력을 출력에 직접 연결하면 단일 이득 전압 팔로워가 됩니다.
• 부 피드백에 전압 분배기를 쓰면 비반전 증폭기, 이득 = 1 + R₂/R₁, 출력 극성 = 입력 극성.
• 입력을 분배기 하단에 주고 비반전 입력을 접지하면 반전 증폭기, 이득 = –R₂/R₁, 출력 극성 반전.
• 모든 경우 외부 저항 비율이 루프 이득을 정하므로 오피앰프 내부 차동 이득은 무관해집니다.