Op-Amp 게인 계산기란?
연산증폭기(Op-Amp)는 게인이 매우 높은 전압 증폭기로, 폐루프 게인이 두 개의 외부 저항, 즉 피드백 저항(Rf)과 입력 저항(Rin)만으로 거의 결정됩니다. 이 계산기는 반전(inverting)과 비반전(non-inverting) 회로 모두에 대해 전압 게인(Av)을 구하고, 데시벨(dB) 단위 게인까지 함께 보여 줍니다. 표준 이상적 Op-Amp 회로라면 어떤 경우에도 적용할 수 있는 범용 전자 회로 도구입니다.
사용 방법
먼저 증폭기 구성을 선택한 다음, 피드백 저항 Rf와 입력 저항 Rin을 옴(Ω) 단위로 입력하세요. 그러면 전압 게인이 V/V 단위로, 그에 해당하는 데시벨 값과 함께 표시됩니다. 비반전 증폭기는 출력이 입력과 같은 위상을 가지며(게인이 양수), 반전 증폭기는 게인이 음수로 나타나 180° 위상이 반전됨을 의미합니다.
공식 풀이
비반전 증폭기의 게인은 다음과 같습니다. $$A_v = 1 + \frac{\text{R}_f}{\text{R}_{in}}$$ 앞에 붙는 "1" 때문에 비반전 증폭기의 게인은 항상 최소 1(단위 게인) 이상입니다. 반전 증폭기의 게인은 $$A_v = -\frac{\text{R}_f}{\text{R}_{in}}$$으로, 크기 기준으로 1보다 작을 수도, 같을 수도, 클 수도 있습니다. 데시벨 값은 \(20 \cdot \log_{10}(|A_v|)\)로 계산합니다.
계산 예시
비반전 회로에서 \(R_f = 10{,}000\ \Omega\), \(R_{in} = 1{,}000\ \Omega\)이라고 해 봅시다. 그러면 $$A_v = 1 + \frac{10{,}000}{1{,}000} = 1 + 10 = 11\ \text{V/V}$$가 됩니다. 데시벨로 환산하면 \(20 \cdot \log_{10}(11) \approx 20.83\ \text{dB}\)입니다. 같은 저항을 반전 회로에 쓰면 \(A_v = -\frac{10{,}000}{1{,}000} = -10\ \text{V/V}\), 크기로는 20 dB가 됩니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
반전 게인은 왜 음수인가요? 음수 부호는 출력 신호가 입력에 비해 반전(180° 위상차)되었음을 나타냅니다. 실제 증폭 정도를 결정하는 것은 그 크기(절댓값)입니다.
비반전 게인이 1보다 작을 수 있나요? 아니요. "+1" 항 때문에 최소 게인은 항상 1로 보장됩니다(Rf = 0일 때는 전압 팔로워가 됩니다).
Rin이 0이면 어떻게 되나요? 0으로 나누는 것은 정의되지 않으므로, 의미 있는 게인을 얻으려면 0이 아닌 유효한 입력 저항 값이 필요합니다.
