이상 연산증폭기와 가상 단락
저항비 하나로 이득을 설계한다
피드백 저항비 Rf/Rg를 밀어 보라. 가상 단락 덕분에 출력은 입력의 (1 + Rf/Rg)배가 된다. 출력이 입력의 정확히 3배가 되도록 저항비를 맞춰라.
두 규칙: 가상 단락과 입력 전류 0
이상 op-amp는 두 입력의 작은 전압 차를 무한대에 가깝게 증폭한다. 출력이 피드백을 통해 반전 입력으로 되돌아오면, op-amp는 그 차이를 0으로 줄이는 쪽으로 출력을 조정한다. 그 결과 두 입력 전압이 같아진다. 이것이 가상 단락이다. 동시에 이상 입력 저항이 무한대라, 입력 단자로는 전류가 전혀 흐르지 않는다.
두 규칙이 이득을 저항비로 만든다
비반전 증폭기에서 입력은 양 입력에 들어가고, 출력은 Rf와 Rg로 나뉜 분압을 반전 입력으로 보낸다. 가상 단락이라 반전 입력은 입력 전압과 같고, 입력 전류가 0이라 Rg에 흐른 전류가 그대로 Rf로 흐른다. 두 조건을 풀면 출력은 입력의 1 + Rf/Rg배가 된다. op-amp의 큰 이득은 사라지고, 외부 저항비만 남는다.
그래서 회로가 안정적이고 예측 가능하다
op-amp 하나하나의 이득은 제멋대로이고 온도에 따라 변하지만, 피드백을 걸어 만든 증폭기의 이득은 저항 두 개의 비로 정해진다. 정밀한 저항을 고르면 정밀한 이득을 얻는다. 가상 단락은 반전 증폭기, 가산기, 적분기 같은 수많은 회로를 푸는 첫 번째 손잡이다. 입력을 어디에 넣고 피드백을 어떻게 거느냐만 바꾸면 된다.
첫 화면으로 돌아가서
피드백비를 밀자 출력은 입력의 (1 + Rf/Rg)배로 자랐고, Rf/Rg = 2에서 정확히 3배가 되었다. op-amp 자체의 어마어마한 이득은 식 어디에도 남지 않았다. 음의 피드백이 두 입력을 같게 묶고 입력 전류를 0으로 둔 덕분에, 이득은 오직 두 저항의 비가 쥐고 있었다.