오피앰프 정 피드백: 히스테리시스, 비교기, 발진기

부 피드백이 오피앰프 이득, 대역폭, 안정성 튜닝에 필수적이라면, 정 피드백(positive feedback)은 독자적 이점을 줍니다. 출력을 비반전 입력으로 되돌리면 오피앰프가 두 포화 상태 중 하나에 고정돼 히스테리시스를 만드는데, 이는 비교기와 발진기 설계에 매우 유용합니다.

부 피드백의 핵심은 출력을 평형 쪽으로 되돌리는 것입니다. 없으면 미세한 차동 입력도 오피앰프를 포화시켜 단순 비교기처럼 동작시킵니다.

부 피드백(출력을 반전(–) 입력으로 루팅)하면 오피앰프의 거대한 차동 이득이 길들여집니다. 출력이 두 입력 전압을 균형 잡는 값에 안착해, 외부 피드백 네트워크가 지배하는 예측 가능하고 선형적인 응답을 냅니다.

오피앰프에서의 정 피드백

정 피드백은 출력을 비반전(+) 입력으로 보냅니다. 가장 단순한 구성은 출력에서 (+) 입력으로 직결하고 반전(–) 입력을 열어두는 것입니다. (–) 입력이 접지되면 오피앰프 출력은 (+) 입력 전압 부호를 따라 완전 양/음 포화로 치닫습니다.

이미 출력이 포화했으므로 회로는 바이스테이블(bistable) 상태가 됩니다. 외부 전압을 (–) 입력에 가해 현재 출력 레벨을 넘을 때까지 현재 포화 상태를 유지합니다. 이 특성을 히스테리시스(hysteresis)라 하며, 많은 디지털 논리 회로의 초석입니다.

정 피드백 응용

1. 히스테리시스 비교기
히스테리시스 없는 비교기는 입력이 기준 전압을 지날 때마다 출력을 토글해 노이즈 신호에서 글리치를 만듭니다. 작은 정 피드백 저항을 추가하면 두 개의 뚜렷한 기준 레벨(출력 높을 때 상위, 낮을 때 하위)이 생깁니다. 출력은 입력이 이 임계값들을 넘을 때만 스위칭하므로, 왜곡이 있어도 깨끗한 방파 출력이 나옵니다.

2. 비안정 발진기(Astable Oscillators)
정 피드백에 지연된 부 피드백 경로(보통 RC 네트워크)를 결합하면 오피앰프가 연속 방파를 발생합니다. 출력이 두 포화 상태 사이를 번갈아 오가며, RC 시정수가 발진 주파수를 정합니다.

복습

• 부 피드백은 평형 수립, 정 피드백은 히스테리시스(래칭) 생성.
• 발진기는 주기적/펄스 출력을 내는 비안정 소자.

관련 워크시트

• 정 피드백 오피앰프 회로 워크시트