Op-Amp에 대해 알아보자(3)

"Buffer"

buffer

 

buffer의 또 다른 이름은 voltage followr 이라고도 한다.

 

buffer는 Op-Amp의 Gain이 1로, Op-Amp를 통과한 입력신호가 그대로 출력신호로 나오는 것을 말하며 신호가 그대로 나와야 하기 때문에 +의 입력, 비반전으로 입력시켜주어야 한다.

 

buffer가 있는 회로는 전원으로부터 거의 전류를 끌어들이지 않는다. 그 이유는 Op-Amp의 임피던스가 매우 높기 때문에 전류를 거의 끌어들이지 않는다. (옴의 법칙을 생각해보자) 또한, Feedback 저항기가 없기 때문에 Op-Amp가 동일한 출력을 내기 때문에 입력신호와 동일한 신호를 출력한다.

 

이 때문에 buffer를 사용하는 이유 중 하나이다. buffer는 원래 회로를 방해하지 않고 전류를 거의 소모하지 않고, 출력과 동일한 전압 신호를 제공한다. 이 친구들은 회로의 전원이 거의 방해를 받지 않도록 회로를 차단하는 isolation buffer 역할을 한다.

 

buffer의 가장 큰 특징은 isolation이다. 성질이 다른 두 회로가 있을 때, 두 회로를 전기적 문제가 생기지 않도록 분리해주며 전압분배 역할을 우수하게 수행한다.

 

우선, 두 회로를 격리 시켜주는 경우부터 먼저 보자.

 

1) Isolation

 

Cascade

buffer의 isolation 특징으로 인하여 이전 단과 다음 단과의 특성을 보존할 수 있다. 그 이유는 Op-Amp의 매우 높은 임피던스 때문에 전류가 buffer로 흐르지 않기 때문이다. (Op-Amp의 특성을 생각해보자)

 

위 그림을 보면 회로가 3단계로 구성되어 있다. 만약 첫번째의 출력이 그대로 세번째의 입력으로 사용하고 싶다면 두번째에 buffer을 추가하여 회로의 안정성을 높일 수 있겠다. 물론 buffer을 추가 하지 않고 세번째로 전달해도 된다.

 

 

2) divider

 

buffer는 전압 분배에 있어서 아주 뛰어난 친구이다. 이 부분에 대해 살펴보도록 하자.

 

전원으로 10V, 5KΩ 저항 두 개가 직렬로 연결되어 있다. 저항은 10V의 전압을 5V로 나눠 갖고 있다.

 

 

밑의 저항에 병렬로 1KΩ을 추가하게 되면 위의 저항은 5KΩ, 밑은 5KΩ||1KΩ ≒ 830이 된다. 두 저항 값이 달라지게 되어 10V를 반반씩 못 나눠 갖게 된다. 이때, 저항 말고도 어떠한 회로(임피던스가 5K가 되지 않는 한)를 추가해도 마찬가지로 10V의 전압을 반반씩 못 나누게 된다.

 

 

하지만 buffer을 추가하면 Op-Amp의 특징에 의해 5V씩 나눠가질 수 있다. Op-Amp의 입력 임피던스는 수백MΩ이기 때문에 5KΩ||수백MΩ ≒ 5KΩ이 된다. 입력 임피던스가 높기 때문에 나눠 가질 수 도 있고, buffer내부로 전류가 흐르지 않기 때문에 전압을 나눠 가진다고 생각할 수도 있다.

 

그래서, 1KΩ에도 5V의 전압을 공급할 수 있게 된다.

 

잘 생각해보면

Cascade

생각해보면, 위 그림이 divider의 특징을 잘 알려주는 그림이다.

#1에선 10V와 저항 두개, #2에선 buffer, #3에선 1K 부하 저항.

 

Op-Amp의 buffer에 대해 알아보았다.