비반전 증폭기와 가상 단락
되먹임 분압기가 이득을 정한다
피드백 저항비 Rf/Rg를 밀어 보라. 가상 단락이 V−를 Vin과 같게 잡고, 출력에서 내려오는 Rf-Rg 분압기가 Vout의 일부를 V−로 되먹인다. op-amp는 그 되먹임이 Vin과 같아질 때까지 출력을 올리므로, 출력은 입력의 (1+Rf/Rg)배가 된다. 이득이 정확히 4가 되도록 저항비를 맞춰라.
입력을 비반전 입력에 넣는다
입력 전압 Vin을 비반전 입력 V+에 직접 연결한다. 음의 피드백이 걸린 이상 op-amp는 두 입력을 같게 맞추므로(가상 단락), 반전 입력 V−도 Vin이 된다. 반전 증폭기에서는 V+를 접지에 묶어 V−가 0V였지만, 여기서는 V+가 Vin이라 V−가 Vin에 붙들린다. 두 입력 사이에 전류는 흐르지 않으면서 전위만 똑같아지는 것이 가상 단락이다.
되먹임은 전압 분배다
출력 Vout에서 Rf와 Rg가 직렬로 접지까지 이어지고, 그 사이 마디가 V−에 닿는다. 이는 출력을 입력으로 삼은 전압 분배기다. V− 단자로는 전류가 들지 않으니 분배는 깨끗해, V−가 받는 전압은 Vout·Rg/(Rg+Rf)다. 가상 단락이 이 값을 Vin과 같게 맞추므로 Vout·Rg/(Rg+Rf) = Vin, 정리하면 Vout = Vin·(Rg+Rf)/Rg = Vin·(1+Rf/Rg)다. 이득은 1+Rf/Rg로, 분배기가 되먹이는 몫 β = Rg/(Rg+Rf)의 역수다.
반전 증폭기와의 거울, 그리고 따르개
반전 증폭기는 가상 접지(V−=0)로 이득 −Rf/Rin을 만들었다. 비반전은 가상 단락(V−=Vin)으로 이득 1+Rf/Rg를 만든다. 한쪽은 부호를 뒤집고 이득이 1보다 작을 수도 있지만, 비반전은 부호를 보존하고 이득이 늘 1 이상이다. 입력이 V+의 무한 입력 저항으로 들어가니 신호원에서 전류를 거의 끌지 않는 것도 장점이다. Rf를 0으로 두거나 Rg를 떼면 이득이 정확히 1이 되어, 전압을 그대로 옮기되 임피던스만 낮추는 전압 따르개(버퍼)가 된다.
첫 화면으로 돌아가서
피드백비를 밀자 출력은 입력의 (1+Rf/Rg)배로 자랐고, Rf/Rg = 3에서 정확히 4배가 되었다. 입력을 비반전 입력에 넣은 한 번의 선택이 반전 입력을 Vin에 붙들었고, 출력에서 내려온 분압기가 그 일부를 되먹이며 op-amp가 둘을 맞출 때까지 출력을 끌어올렸다. 부호는 그대로, 이득은 늘 1 이상. 반전 증폭기가 가상 접지로 했던 이야기를, 비반전은 가상 단락과 전압 분배로 거울처럼 되풀이한다.