[전자회로 기초 6-8] 입력 임피던스

안녕하세요.

Edward입니다.

 

이번 시간은 입력 임피던스에 대해서 설명해보려고 합니다.

아래 링크 목록은 임피던스에 관련된 POST를 정리하였습니다.

[전자회로 기초 6-1] 임피던스 기초

[전자회로 기초 6-2] 임피던스 기초 TIP

[전자회로 기초 6-3] 내부저항 임피던스

[전자회로 기초 6-4] OPAMP 출력 임피던스

[전자회로 기초 6-5] 임피던스 매칭 1편

[전자회로 기초 6-6] 임피던스 매칭 2편

[전자회로 기초 6-7] 임피던스 노이즈

 

 

자, 이제 입력 임피던스라는 놈에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

이 입력 임피던스라는 놈은 사실 출력 임피던스와 한 세트라고 보셔도 무방해요~

그래서! 입력 임피던스라는 놈을 쉽게 정의하자면 "입력단자에서 OPAMP의 안을 들여다보았을 때에 보이는 교류가 받는 여러 가지 저항"이라고 설명할 수 있어요.

예를 들면, OPAMP 입력단에 마이크를 연결했다고 해보죠.

그리고 마이크에 소리를 넣으면, 마이크에서 발생하는 전기 교류 신호가 OPAMP 회로에 흘러들어 갑니다.

그 흘러 들어가는 방식을 결정하는 것이 바로 "입력 임피던스"입니다.

자 아래 그림을 보시죠.

입력 임피던스 회로

여기서 과연 1MΩ은 입력 임피던스일까요??

아니겠죠 ㅎㅎ 멀티미터로 측정하면 1MΩ이라는 저항 값을 얻을 수 있지만 멀티미터로는 직류 저항만 측정할 수 있다는 거, 출력 임피던스에서 설명드렸어요 ㅎㅎ

자, 그래서 임력 임피던스 또한 등가회로로 한 번 보자고요!!

콘덴서 C는 교류에 대한 저항으로 보고 Zc로 바뀌었고 저항은 그대로예요.

그러면 <그림 1>에서 <그림 2>로 수정할 수 있겠죠.

 

 

하지만 문제는 OPAMP 내부인데요. 지금 OPAMP의 입력단자에 연결된 부분은 '+' 단자입니다.

'+'단자는 비반전 입력단자로 내부가 어떻게 생겼는지가 관건입니다.

사실 OPAMP의 입력 측 등가 회로만 보면 <그림 3>이 됩니다.

입력에 신호가 더해지면, 극히 일부이지만 전류가 흘러 들어옵니다. 이는 OPAMP 입력단자와 GND사이에 저항 성분이 있다고 생각할 수 있거든요.

그래서 이를 OPAMP자체의 입력 임피던스에 해당한다고 해서 Zamp라고 표현했어요.

일반적으로 OPAMP의 Zamp의 수치는 큰 수치예요. 경우에 따라선 100KΩ ~ 100MΩ까지도 돼요.

그래서 결국 <그림 4>의 등가 회로로 표현할 수 있죠.

입력 임피던스 등가회로

콘덴서 C는 용량이 크고 통과하는 신호의 주파수에서는 "저항이 되지 않는다"라고 한다면 0Ω으로 생각하면 되고요.

그리고 OPAMP가 일반적인걸 사용한다면 입력 임피던스는 매우 높을 가능성이 있어요. 아마도 Zamp = ∞Ω이라고 봐야 할 정도로요..(100M니깐..)

그리고 R1, R2는 각각 1MΩ 이니깐 병렬로 계산하면 합성 치는 500kΩ 이 됩니다.

따라서 위 회로의 입력 임피던스는 500kΩ이에요!!!

아마 열의 여덟은 이 입력 임피던스 값으로 생각해도 무방합니다.

그런데 만약 콘덴서 C의 용량이 적어서 어느 정도의 저항이 있거나, OPAMP의 입력 임피던스 Zamp가 낮은 경우라면, <그림 5>처럼 계산을 해야 합니다.

전체 입력 임피던스를 Zin이라고 하면, Zin = R1 // ((R2//Zamp)+Zc)로 다소 복잡한 계산식이 나옵니다.

이런 방식으로 계산할 수 있구나. 하고 생각해주시면 될 것 같아요.

 

자 입력임피던스의 이론적인 설명은 여기까지 하겠습니다.

감사합니다 ^^