[A+ 45 예비레포트,PSpice포함] 기초전자공학실험 - 선형 연산 증폭기 회로, 능동 필터 회로

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목차

제목
실험 목적
실험 장비
이론(PSpice 포함)
출처

본문내용

unity-follower)
출력을 반전 입력 단자(-)에 연결한 구조이다. 입력은 출력의 극성과 크기에 정확이 일치하며, 1의 이득을 가진다. 위상의 반전이 없고 극성이 같거나 없어 Buffer 역할을 한다.
입력과 출력이 같으므로 이다.
4) 가산 증폭기(summing amplifier)
다수의 입력신호를 가진 구조이다. 각각의 입력신호에 일정 이득 상수가 곱해진 값이 합해져서 출력으로 나타난다.
또한 출력신호는 입력신호의 극성과 반대이다.
<능동 필터 회로>
1. 능동 필터 회로의 정의
수동 소자(외부 전원 없이도 동작 가능한 소자, 소자의 특성이 미리 결정되어 있다.)인 커패시터와 저항, 능동소자(외부 전원에 의해 동작되는 소자)인 연산 증폭기로 구성된 회로이다. 수동 소자의 특징에 따라 커패시터와 저항을 바꿈으로서 필터의 특성을 자유롭게 변화시킬 수 있지만, 능동 소자의 특징에 따라 동작시키기 위한 전원이 필요하다. 능동 필터는 전압증폭, 신호분리 및 완충을 위해 연산증폭기를 사용한다.
이론
2. 능동 필터 회로의 종류
1) 저역 통과 필터(LPF, low pass filter)
: 0Hz부터 차단주파수 까지의 주파수만 일정한 출력을 제공하고 그 외의 주파수는 감쇠하는 필터이다. 연산 증폭기에 대해 저항은 직렬로, 커패시터는 병렬로 연결되어 구성된다.
2) 고역 통과 필터(HPF, high pass filter)
: 보다 높은 주파수만 일정한 출력을 제공하고 그 이하의 신호는 감쇠시키는 필터이다. 연산 증폭기에 대해 저항은 병렬로, 커패시터는 직렬로 연결되어 구성된다.
R1=R2, C1=C2이면
이론
4) 대역 통과 필터 (band pass filter)
: 첫 단에 고역 통과 필터와 둘째단에 저역 통과 필터를 직렬로 결합하여 만든 것으로 고역 차단 주파수와 저역 차단 주파수 사이의 주파수만 통과시키는 필터이다. 특정 주파수 대역이 아닌 나머지 주파수 성분은 감쇠시킨다.
저역차단 주파수
고역차단 주파수
(저역 차단 주파수와 고역차단 주파수 사이의 신호를 통과시킨다.)
이론
< PSpice 모의실험 29-1 >
여기에 보인 반전 증폭기는 그림 29-5의 회로와 같다.
200us 동안 시간 영역(과도) 해석을 행하라. 다음에 요구하는 데이터를 구하고, 모든 질문에 답하라.
VIN과 VOUT의 Prove 출력을 구하라.
이들 신호의 피크진폭은 각각 얼마인가?
VIN = 1 VOUT = 5
식(29.1)을 사용하여 증폭기의 이론적인 이득을 계산하라.
Prove 도면으로부터 VIN의 피크전압과 VOUT의 피크전압의 비율로서 이 증폭기의 이득을 계산하라.
VIN : VOUT = 1 : 5 이므로 5배이다.
이론
이 결과를 위에서 계산한 이득의 이론값과 비교하라. 이들 결과가 서로 일치하는가?
각각 5배이므로 일치한다.
VOUT과 VIN의 위상차는 얼마인가?
180도이다.
위상차의 크기로 보아 반전 증폭기라고 할 수 있는가?
180반전이 일어났으므로 반전 증폭기이다.
PSPICE 모의실험 29-2
여기에 보인 비반전 증폭기는 그림 29-7의 회로와 같다.
200us 동안 시간 영역(과도) 해석을 행하라. 다음에 요구하는 데이터를 구하고, 모든 질문에 답하라.
1. 입력전압 VIN과 출력전압VOUT의 Prove 출력을 구하라.
이들 신호의 피크전압은 각각 얼마인가?
VIN = 1V, VOUT = 6V
이론
식(29.2)를 사용하여 증폭기의 이론적인 이득을 계산하라.
Prove 도면으로부터 VIN의 피크전압과 VOUT의 피크전압의 비율로서 이 증폭기의 이득을 계산하라.
VIN : VOUT = 1 : 6 이므로 6배이다.
이 결과를 위에서 계산한 이득의 이론값과 비교하라. 이들 결과가 서로 일치하는가?
각각 6배이므로 일치한다.
VOUT과 VIN의 위상차는 얼마인가?
0도이다.
위상차의 크기로 보았을 때 비반전 증폭기라고 할 수 있는가?
위상차가 0으로 반전이 일어나지 않았기 때문에 비반전 증폭기이다.
PSPICE 모의실험 30-1
여기에 보인 회로는 그림 30-1의 저역통과 필터이다.
이 회로에 대하여 AC sweep(주파수 sweep)해석을 수행하라. Sweep 변수인 주파수의 범위를 1Hz에서 100kHz로 설정하고, Sweep 모드는 Logarithmic으로, 그리고 10Points/Decade를 지정하라. 다음에 요구하는 데이터를 구하고, 모든 질문에 답하라.
전압 V(VOUT)의 Prove 그림을 구하라.
이론
커서를 이용하여 이 필터의 차단주파수를 구하라.
차단 주파수 = 15.92kHz
DB(V(VOUT)의 Prove 그림을 구하라.
커서를 이용하여 Prove 그림의 3dB 주파수를 결정하라.
단계 2에서의 결과를 단계 4에서의 결과와 비교하라.
앞에서 구한 결과를 식(30.1)로 계산한 저역차단 주파수와 비교하라.
PSPICE 모의실험 30-2
아래 회로는 그림 30-3의 대역통과 필터회로이다.
1. 전압 V(VOUT)의 Prove 그림을 구하라.
이론
2. 커서를 이용하여 이 필터의 중심주파수를 구하라.
중심 주파수 = 15.741kHz
3. 이 주파수를 저역통과 필터와 고역통과 필터의 차단 주파수와 비교하라.
저역 통과 주파수는 15.92kHz로 중심 주파수 15.741과 비슷하다.
4. PSpice커서 두 개를 사용하여 저역차단 주파수와 고역차단 주파수를 결정하라.
5. 이 데이터로부터 필터의 대역폭을 결정하라.
6. DB(V(VOUT)의 Prove 그림을 구하라.
커서를 이용하여 Prove 그림에서 3dB 주파수와 상위 3dB주파수를 결정하라.
8. 이 데이터로부터 필터의 대역폭을 결정하라.
9. 단계 4에서의 결과를 단계 7에서의 결과와 비교하라.
10. 단계 5의 결과와 단계 8의 결과를 비교하라.
출처
전자회로 11판, Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky 지음, PEARSON
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=595958&mobile&categoryId=339
http://asic.postech.ac.kr/3.Class/1.Classes/05_332/exp10.pdf

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기초전자공학실험,   전자실험,   PSpice,   선형 연산,   능동 필터