입력 변화의 극성을 유지하는 비반전 증폭기

피드백 분압기가 이득을 정합니다

Vin을 V+에 연결하고, Rf는 출력에서 V−로, Rg는 V−에서 Vref로 연결합니다. 입력 전류가 무시할 만큼 작고 이상적인 루프가 안정적으로 선형 동작하면 KCL에서 $V_o=V_{ref}+(1+R_f/R_g)(V_{in}-V_{ref})$를 얻습니다. 이 단순한 구조에서는 신호 이득과 잡음 이득이 모두 $1+R_f/R_g$입니다. 출력을 직접 되먹임하는 팔로어는 이득이 1인 특별한 경우입니다.

Vref = 1.65 V, Rg = 10 kΩ, Rf = 100 kΩ로 두면 이득은 11입니다. 센서 입력이 1.67 V일 때 이상적인 출력은 1.87 V이며, 기준보다 220 mV 높습니다. 입력이 1.63 V일 때 출력은 1.43 V입니다. 따라서 ±20 mV 입력 범위는 1.43–1.87 V 출력으로 변환되어, 가정한 출력 범위 0.2–3.1 V 안에 충분히 들어갑니다.

반전 증폭기와 마찬가지로 절대 전압과 기준에 대한 변화량을 구분해야 합니다. 먼저 Vin − Vref를 구하고 여기에 11을 곱한 뒤 Vref를 다시 더하세요. 입력 변화가 양수이면 출력 변화도 양수입니다. V−는 피드백 분압기를 통해 Vin에 가까워지므로, Rg 양단의 작은 전압 차를 만드는 데 필요한 전류가 Rf에도 흐릅니다. 이 전류 균형이 출력 변화의 크기를 결정합니다.

부하의 영향이 사라지는 것은 아닙니다

이상적인 비반전 입력의 저항은 무한대이지만 실제 연산 증폭기에는 입력 저항, 입력 커패시턴스, 바이어스 전류가 있습니다. 소스 저항이 10 kΩ이고 바이어스 전류가 10 nA이면 입력에 100 μV 오차가 생길 수 있습니다. 이득 11을 거치면 출력 오차는 약 1.1 mV입니다. 부호는 전류 방향에 따라 달라집니다. 이 항은 입력 오프셋 전압과 구분해 예산에 넣으세요.

출력 버퍼는 전압의 부하 영향을 줄이지만 필요한 에너지는 자체 전원에서 받습니다. 부하 전류를 무한정 공급할 수는 없습니다. 출력 1.87 V에서 접지로 연결한 10 kΩ 부하에는 0.187 mA가 흐릅니다. 100 Ω 부하에는 18.7 mA가 흘러, 소자에 요구하는 조건이 크게 달라집니다. 피드백이 있다고 출력 전류 제한이 없어지는 것은 아닙니다.

입력 쪽 부하와 출력 쪽 부하는 서로 다른 문제입니다. 입력 바이어스 전류는 센서의 소스 저항에 전압 오차를 만들고, 출력 부하 전류는 증폭기의 출력단이 감당해야 합니다. 높은 입력 저항이 센서 신호를 보존하는 데 도움이 되더라도, 낮은 출력 부하 저항을 안전하게 구동할 수 있다는 결론으로 이어지지는 않습니다. 각 경로에 필요한 전류를 따로 계산하세요.

저항비와 절대 저항값을 함께 고릅니다

Rg/Rf를 10 kΩ/100 kΩ에서 1 kΩ/10 kΩ으로 바꾸면 이상적인 이득은 유지됩니다. 그러나 피드백 회로의 전류가 늘고 잡음 및 바이어스 전류의 영향도 달라집니다. 이 예제 입력에서 Rg의 전류는 (1.67 − 1.65)/10 kΩ = 2 μA입니다. 연결표를 유지하고 기준 전압으로 흐르는 전류와 부하로 흐르는 전류를 구분하세요.

같은 비율을 가진 저항쌍이라도 회로 전체가 같은 것은 아닙니다. 낮은 저항값은 피드백망이 기준 전압과 출력에 요구하는 전류를 늘리며, 높은 저항값은 바이어스 전류에 의한 전압 오차와 저항 잡음을 검토하게 만듭니다. 따라서 목표 이득을 먼저 정한 다음, 실제 소자의 입력 특성 및 기준 전압 구동 능력과 함께 절대값을 선택해야 합니다.

기준 전압원은 이러한 피드백 전류를 처리할 수 있어야 합니다. ADI의 단전원 바이어스 응용 문서는 실제 기준 전압 구성과 디커플링 고려 사항을 설명합니다.