Qucs(7)-오피앰프 비반전증폭회로

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비반전 증폭기

먼저 Qucs의 설치와 기본적인 사용 방법은 아래 내용을 참조하시면 됩니다.

https://medialink.tistory.com/111
https://medialink.tistory.com/112?category=959576
https://medialink.tistory.com/113?category=959576

비반전 증폭회로는 반전증폭회로와 함께 오디오 회로에서 많이 사용되는 회로입니다. 아래의 회로를 기반으로 각종 오디오 회로를 구성하는 방법과 동시에 분석하는 방법도 익히겠습니다. 

오피 앰프의 비반전 증폭 회로는 입력 신호의 위상 변화 없이 증폭하는 회로입니다. 그러나 반전 증폭 회로와 달리 증폭률 G는 1 이상으로 제한됩니다.

$$G=\frac{V_{out}}{V_{in}}=1+\frac{R_f}{R_i}$$

이를 데시벨로 표시하면 다음과 같습니다.

$$G_{dB}=20log(G)=20log(1+\frac{R_f}{R_i})$$

 

시간축에서 입력과 출력 신호의 결과를 보면 G=2이기 때문에 출력 신호는 입력 신호와 동위상이면서 신호의 크기가 2배가 되어 있습니다. 

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활용 1

비반전 증폭 회로에서 이득 G=10으로 하려면 $R_f$는 얼마로 해야 할까요?. 단 $R_i=10k\mathrm{\Omega }$입니다.

이득을 정의한 G의 공식은 다음과 같이 변형됩니다.

$$R_f=R_i\cdot (G-1)$$

그러면 $R_i=10k\mathrm{\Omega }$를 입력해서 $R_f=90k\mathrm{\Omega }$를 구할 수 있습니다.

 

시간축에서 보면 신호가 동위상 상태로 10배 증가했음을 확인할 수 있습니다.  

 

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활용 2

증폭률이 $G_{dB}=3dB$인 비반전 증폭회를 구성하려 합니다. 단 $R_i=10k\mathrm{\Omega }$입니다.

그러면 $G={10}^{\frac{G_{dB}}{20}}=1.4126$이 됩니다. 그러면 다음과 같이 $R_f$를 구할 수 있습니다.

$$R_f=R_i\cdot (G-1)=10k\cdot (1.4125-1)\cong 4.1k\mathrm{\Omega }$$

아래 그림은 이를 반영한 회로이고 데시벨로 표시되는 이득의 결과입니다. 

 

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활용 3

증폭률이 $G_{dB}=-3dB$인 비반전 증폭회를 구성하려 합니다. 단 $R_i=10k\mathrm{\Omega }$입니다.

그런데 $G={10}^{\frac{-3}{20}}=0.7079$로 G가 1보다 작기 때문에 비반전 증폭기로는 구현이 불가능합니다. 그러므로 반전 증폭기를 사용해야 합니다.

다음과 같이 -3dB를 만족하는 반전 증폭기, 그다음 0dB의 반전 증폭기를 사용해 보겠습니다. (물론 다른 방법도 있습니다.)

반전 증폭기에서  $R_f=10k\cdot 0.7079\cong 7.1k\mathrm{\Omega }$ 인 회로를 구성합니다. 그리고 $R_{f1}=R_{f2}$인 회로를 추가합니다.

중간 출력 $V_{out1}$으로 보면 반전 신호에 감소한 상태입니다. 그리고 최종 출력은 $V_{out}=0.708V$로 -3dB 신호가 감쇄되면서 정위상 상태입니다. 

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