다음 연산 증폭기 회로에서 출력전압 는? (단, 모든 회로 소자는 이상적이다)
2023년 국가직 9급 전자공학개론 19번
2023년도 시행 • 19번 문항
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정답: 1번
■ 1단계: 가상 단락(Virtual Short)에 의한 반전 입력 단자 전위 결정
• 이상적인 연산증폭기의 입력 임피던스는 무한대이므로 단자로 유입되는 전류는 $0\text{ A}$입니다.
• 비반전 입력 단자(+) 측 $150\ \Omega$ 저항에 전류가 흐르지 않아 전압 강하가 발생하지 않으므로, 비반전 단자 전위는 직류 전압원의 전압과 같습니다:
$V_+ = 13\text{ V}$
• 이상적인 OP-Amp의 가상 단락(Virtual Short) 특성에 의해 반전 입력 단자(-)의 전위 역시 동일합니다:
$V_- = V_+ = 13\text{ V}$
■ 2단계: 피드백 루프 해석 및 출력 전압($V_o$) 계산
• 반전 입력 단자(-)로 유입되는 전류 역시 $0\text{ A}$이므로, 피드백 경로에 있는 $30\text{ k}\Omega$ 저항 양단에 전압 강하가 발생하지 않습니다 ($V_R = 0\text{ V}$).
• 출력 노드($V_o$)와 반전 입력 노드($V_-$) 사이의 직렬 전압원($7\text{ V}$) 극성에 따른 KVL 적용:
$V_- = V_o + 7\text{ V}$
• $V_- = 13\text{ V}$를 대입하여 $V_o$ 도출:
$13\text{ V} = V_o + 7\text{ V} \quad \rightarrow \quad V_o = 6\text{ V}$
■ 최종 결과:
• 출력 전압은 $6\text{ V}$ (①번)
• 이상적인 연산증폭기의 입력 임피던스는 무한대이므로 단자로 유입되는 전류는 $0\text{ A}$입니다.
• 비반전 입력 단자(+) 측 $150\ \Omega$ 저항에 전류가 흐르지 않아 전압 강하가 발생하지 않으므로, 비반전 단자 전위는 직류 전압원의 전압과 같습니다:
$V_+ = 13\text{ V}$
• 이상적인 OP-Amp의 가상 단락(Virtual Short) 특성에 의해 반전 입력 단자(-)의 전위 역시 동일합니다:
$V_- = V_+ = 13\text{ V}$
■ 2단계: 피드백 루프 해석 및 출력 전압($V_o$) 계산
• 반전 입력 단자(-)로 유입되는 전류 역시 $0\text{ A}$이므로, 피드백 경로에 있는 $30\text{ k}\Omega$ 저항 양단에 전압 강하가 발생하지 않습니다 ($V_R = 0\text{ V}$).
• 출력 노드($V_o$)와 반전 입력 노드($V_-$) 사이의 직렬 전압원($7\text{ V}$) 극성에 따른 KVL 적용:
$V_- = V_o + 7\text{ V}$
• $V_- = 13\text{ V}$를 대입하여 $V_o$ 도출:
$13\text{ V} = V_o + 7\text{ V} \quad \rightarrow \quad V_o = 6\text{ V}$
■ 최종 결과:
• 출력 전압은 $6\text{ V}$ (①번)