전기공학실험 op-amp(연산증폭기)실험 예비 레포트

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목차

※ 실험 목적
※ 실험 내용
※ 실험 이론

본문내용

회로를 구성하여 이론과의 결과를 비교분석하기.
※ 실험 내용
1. OP-AMP 정현파 발진기 실험
2. OP-AMP 능동 저역 통과 필터 실험
※ 실험 이론
1. OP-AMP (operational amplifier, 연산 증폭기)
- 연산을 위해서 사용할 수 있는 일종의 차동증폭기.
- 바이폴러 트렌지스터나 FET를 사용하여 이상적 증폭기를 실현시킬 목적으로 만든 아날로그 IC(Integrated Circuit)
- 기본기능은 선형 증폭이고 아날로그 입력을 일정한 비로 증폭하고 출력하는 기능
- (＋) 및 (－) 2개의 입력 단자를 가지며, 외부 되먹임 회로를 첨가하여 사용.
- 저항, 커패시터, 다이오드 등 연산증폭기의 외부회로에 붙은 몇 가지 소자를 바꿈으로써 여러 가지 선형 또는 비선형 동작을 안정되게 행할 수 있다.
- 증폭율이 매우 크게 트랜지스터 등을 미리 연결하여 놓은 직결식 차동증폭기
- 거꾸로 되먹임(negative feedback)을 함으로서 증폭율을 조정할 수 있고 또, 증폭율의 안정도를 높일 수 있는 이점.
OP-AMP (연산 증폭기)
● 이상적인 연산 증폭기의 특징
① 이득이 무한대이다.(개루프) │Av│= ∞
② 입력 임피던스가 무한대이다.(개루프) │Av│= ∞
③ 대역폭이 무한대 이다. Ro = 0
④ 출력 임피던스가 0이다.
⑤ 낮은 전력 소비
⑥ 온도 및 전원 전압 변동에 따른 무영향 (zero drift)
⑦ 오프셋(offset)이 0이다. (zero offset)
⑧ CMRR이 무한대이다.(차동증폭회로)
⑨ 플러스와 마이너스 2개의 입력(V+,V-)과 1개의 출력 핀(Vout)
⑩ 플러스와 마이너스의 2 전원핀이 있고 2개 입력 핀의 전압 차이를 증폭하고 출력 핀에 출력
※ offset voltage : 입력 회로의 신호가 제로 임에도 불구하고 출력이 발생하는 경우, 이것을 조정하여 출력을 제로로 하기 위해 입력 단자에 가하는 전압.
※ CMRR(common mode rejection ratio, 동위상 신호 제거비) : 차동이득/동위상이득=Ad/Ac
● 일반적인 연산 증폭기의 특징
① 증폭도가 대단히 큰 직류 증폭 회로이다. 보통 1만배 이상의 증폭도를 가지고 있다.
② 입력 임피던스가 대단히 크고, 출력 임피던스가 매우 작다.
③ 차동 증폭 회로로 되어 있다.
- 출력 전압 Vo=A(V2-V1) (A : 증폭도)
연산 증폭기의 회로표기
● 연산 증폭기의 기본 회로
① 동상 증폭 회로(비반전 연산증폭기)
- 입력 신호가 비반전(+) 입력 단자에 가한다.
- R1 : 입력요소.
R2 : 궤한 요소
※궤한요소 : OP-AMP의 입력 중의 하나에 출력 전압의 일부를 궤한시킨다. 출력의 일부가 반전(-) 입력으로 되돌아오게 된다.
- 출력전압
- 전압이득(입력 전압에 대한 출력 전압의 비)
R1의 갑을 아무리 크게 하더라도 항상 1.0보다 커진다. 입력 신호가 OP-AMP의 비반전 입력 단자에 가해지기 때문에 출력 전압은 언제나 입력 전압과 동위상
② 역상 증폭 회로(반전 연산증폭기)
- 입력 신호를 R1을 통해서 반전입력(-) 단자에 가한다.
- R1 : 입력요소.
R2 : 궤한 요소
- 출력전압
- 입력 신호 전압에 대하여 출력 전압은 반전된 위상 (180의 위상 차이)
● 연산 증폭회로의 응용
① 가산기
② 적분 연산기
-연산증폭 회로의 출력 전압은 입력 전압의 적분에 비례한다.
양변을 적분하여 식을 정리하면
의 값은 캐패시터가 초기에 방전 되어 있으면 이 된다.
③ 미분 연산기
- 연산증폭 회로의 출력은 입력의 미분에 비례한다.
● 구형파 발진기
- 멀티바이브레이터
: 구형파나 펄스를 발생하는 회로
: 비안정(무안정) 멀티바이브레이터, 단안정 멀티바이브레이터, 쌍안정 멀티바이브레이터
- 비안정 멀티바이브레이터
: 연산증폭기의 전원전압을 제외하고, 외부로부터 별도의 신호를 받지 않고 자력으로 발진을 계속하는 직사각형파 발생 회로
- 주기
- 회로의 발진 주파수
● 삼각파 발진기
- 구형파의 입력으로 삼각파를 출력하는 형태
- 연산 교류 적분기의 출력 전압
● 정형파 발진기
- 연산 교류 적분기를 통하여 삼각파의 출력을 정현파로 출력하는 형태
- 연산 교류 적분기의 출력 전압
● 정형파 발진기(3배 증폭)
- 이상적인 연산증폭기와 부궤환 회로로 구성
- 입력되는 전압을 증폭하는데 이용
- 입력 임피던스는 무한대
- 반전 입력단자와 비반전 입력단자 사이에는 전류가 흐르지 않기 때문에 입력전류는 모두 궤환 회로 R2를 통해 흐른다.
- 입력을 가상접지가 되었다고 가정을 하면 접지에 대해 항상 0전압이 아니고 전류는 거의 흐르지 않는다.
- 반전 입력단자는 접지와 같은 전위
- 입력 전압과 출력 전압과의 관계
2. 필터
- 원하지 않는 신호들은 모두 제거하고 원하는 신호만을 얻을 때 이용되는 것
- 전기적 필터(electrical filters), 기계적 필터(mechanical filters), 유공압 필터(Hydraulic/Pneumatic filters)등 여러 가지 형태
- 필터의 신호특성으로 분류
저역통과 필터(low pass filter) : 저주파를 통과시키고 고조파는 제거
고역통과 필터(high pass filter) : 고주파는 통과시키고 저주파는 제거
대역통과필터(Band pass filter) : 주파수의 어떤 특별한 대역은 통과시키고 그 범위 외의 모든 주파수는 제거
대역저지필터(Band rejection filter) : 주파수의 특별한 대역을 저지하고 다른 모든 주파수는 통과
● 주파수 특성
저역통과 필터 고역통과 필터
대역통과 필터 대역저지필터
● 저역통과 필터
● 고역통과 필터
● 대역통과 필터
● 대역저지 필터
● 능동 저역 통과 필터
- 주파수 특성 곡선에서 차단주파수
- 이면 차단 주파수
: 곡선이 가장 평탄한 형태가 나오게 된다.
● 2차 회로 필터
- 1차의 회로보다 더 많은 주파수 선택도를 가진 것으로 공진회로를 이용하여 필터를 나타낸다. 3차 이상의 고차 응답을 얻기 위해 2개 이상의 1차/2차 회로를 직렬로 연결하여 사용한다.
- 저역통과 필터

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