연산증폭기 예비 실험 보고서

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연산증폭기 예비 실험 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

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OP Amp의 증폭도는 외부 저항인 Rf와 Ri의 비에 의해 결정이 되므로, 외부 저항을 바꾸어 간단히 증폭도를
바꿀 수 있는 장점이 있다.
3) 비반전 회로 (Noninverting Circuit)
< 그림 3. 비반전 회로 >
에서
a가 로 가면, 우변의 괄호 안은 0이 되어야 한다.
∴ 이다.
반전 회로에서와 마찬가지로 저항의 비로 증폭도가 결정되지만, 입력과 위상이 같은 출력을 얻는다.
■ 실험 기기와 부품
◎ 오실로스코프
◎ 파워 서플라이
◎ 디지털 멀티 미터
◎ 파형 발생기
◎ 브레드 보드
◎ BNC Probe
◎ 저항(1kΩ 4개, 10kΩ, 75kΩ, 100kΩ)
◎ Capacitor(0.015㎌, 0.33㎌, 0.1㎌, 10㎌)
◎ 증폭기(Op - Amp)
■ 실험 내용 및 방법
(1) 반전 증폭기의 입출력 전달 특성
(회로 1-1 반전 증폭기)
① 브레드 보드 위에 증폭기를 포함한 회로 1-1을 구성한다.
② 파워 서플라이의 15v, -15v, 파형발생기의 싸인 파의 진폭을 0.2V, 2V, 4V로 맞춘다.
③ 파워서플라이를 이용해 15V, -15V를 가해주고, 증폭기의 4번과 7번 단자에 연결한다.
④ 증폭기의 3번을 (+)단자, 2번을 (-)단자로 한다.
⑤ 오실로스코프를 이용해서 출력되는 파형을 관찰한다.
⑥ 주어지는 입력 전압 값에 변화를 주면서 출력 파형의 변화를 관찰한다.
(표 1-1 반전 증폭기에 진폭 0.2V, 2V, 4V 입력 시 증폭률)
Pk - Pk(V)
0.2
2
4
출력전압(V)
1.98
20.08
27.4
증 폭 율(배)
9.9
10.04
-
(사진 1-1 진폭 0.2V일 때의 출력 파형) (사진 1-2 진폭 2V일 때의 출력 파형)
※ 이 실험을 통해서 식 6에 의하여 입력 전압이 10배 증폭 된다는 것을 확일 할 수 있었다. -15V와 15V의 합인 30V부터 포화 상태에 이르기 때문에 진폭 0.2V와 1.96V에서는 각각 2.08V와 18.8V로 10.4배와 9.59배 증폭 되었지만 진폭 4V에서는 27.4V까지 약 6.85배 증폭 되었다. 반전 증폭기는 입력 파형과 출력 파형에서 확인할 수 있듯이 위상이 180도 반전 되어 출력 된다.
(2) 비반전 증폭기의 입출력 전달 특성
(회로 1-2 비반전 증폭기)
① 브레드 보드 위에 증폭기를 포함한 회로 1-2을 구성한다.
② 파워 서플라이의 15v, -15v, 파형발생기의 싸인 파의 진폭을 2V, 4V로 맞춘다.
③ 파워서플라이를 이용해 15V, -15V를 가해주고, 증폭기의 4번과 7번 단자에 연결한다.
④ 증폭기의 3번을 (+)단자, 2번을 (-)단자로 한다.
⑤ 오실로스코프를 이용해서 출력되는 파형을 관찰한다.
⑥ 주어지는 입력 전압 값에 변화를 주면서 출력 파형의 변화를 관찰한다.
(표 1-2 비반전 증폭기에 진폭 2V, 4V 입력 시의 증폭률)
Pk - Pk(V)
0.2
4
출력전압(V)
21.2
26.8
증 폭 율(배)
10.6
-
(사진 1-3 진폭 2V 입력 시 출력 파형) (사진 1-4 진폭 4V입력 시 출력 파형)
※ 식 11로부터 비반전 증폭기는 입력 전압이 11배 증폭되어 출력 되어야 한다. 이 실험을 통하여 진폭 2V 입력 시에는 10.6배 증폭 되었고 4V 입력 시에는 26.8V가 출력 되어 6.7배 증폭 되었다. 이는 -15V와 15V의 합인 30V부터 포화(saturation) 되기 때문이다. 파형을 확인해 보면 입력 파형과 출력 파형이 반전 증폭기와는 다르게 위상 차이가 없다.
(3) 적분기
(회로 1-3 적분기)
① 회로 1-3의 적분기를 구성한다.
② 적분기의 입력으로 주파수 1kHZ, 진폭이 2V이고 직류 성분이 없는 싸인 파를 넣고 출력 파형과 입력파형을
비교한다.
(사진 1-5 적분기의 입출력 파형 비교)
※ 이 회로는 삼각함수를 미 적분 시에도 삼각함수 파형이 나온다는 사실을 바탕으로 만들어진 회로이다. sin파를 입력하면 -cos파가 출력됨을 알 수 있다. 위상 차이는 90도 이며 위상 반전은 일어나지 않았다. sin파가 -cos파로 출력됨에 따라 적분기로 동작함을 알 수 있었다.
(4) 미분기
(회로 1-4 미분기)
① 회로 1-4의 미분기를 구성한다.
② 미분기의 입력으로 주파수 1kHZ, 진폭이 2V이고 직류 성분이 없는 싸인 파를 넣고 출력 파형과 입력파형을
비교한다.
(사진 1-6 미분기의 입출력 파형 비교)
※ 이 회로 역시 삼각 함수 파형을 미분시켜도 삼각 함수 파형이 나온다는 것을 전제로 한 실험이다. 위의 입 출력 파형에서 볼 수 있듯이 입력 파형을 미분하자 출력 파형이 입력파형에 비해서 90도의 위상차를 보이며 출력 파형은 위상의 반전이 생긴다.
이상적인 연산증폭기
* 개요
연산 증폭기는 두 개의 입력단자와 한 개의 출력단자를 갖는다.
연산증폭기는 두입력단자 전압간의 차이를 증폭하는 증폭기이기에 입력단은 차동증폭기로 되어있다. 연산증폭기를 사용하여 사칙연산이 가능한 회로 구성을 할 수있으므로, 연산자의 의미에서 연산증폭기라고 부른다.
연산증폭기를 사용하여서 미분기 및 적분기를 구현할 수 있다.
연산증폭기가 필요로 하는전원은 기본적으로는 두 개의전원인 +Vcc 및 -Vcc 가 필요하다. 물론 단일전원만을 요구하는 연산증폭기 역시 상용화되어 있다.
신호 증폭을 위한 주증폭기의 종류로는 전압 증폭기와 전류증폭기가 있지만 여기서는 전압증폭기만을 취급한다.
* 이상적인 연산증폭기의 요건
전자소자의 동작 특성을 이해하기 위한 초기가정은 먼저 이상적이라고 가정하는 것 이다. 물론 이상적인 것은 실제적인 것과는 항상 차이가 나기 마련이지만, 이상적인 경우의 동작특성을 이해하는 것은 매우 중요하다. 왜냐하면 이상적 가정하에서는 모든 것이 단순해지기 때문이다. 그리고 이상적 동작특성은 실제적인 전자소자가 무엇을 궁극적인 목표로 하는 가를 알려 주기 때문이다.
다음 조건을 만족하는 연산증폭기를 이상적인 연산증폭기라고 부른다.
(1) 무한대의 전압이득 : Av = 8
(2) 무한대의 입력저항 : Rin = 8
(3) 영 옴인 출력저항 : Rout = 8
(4) 무한대의 대역폭 : B = 8
(5) 영인 오프

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연산증폭기 예비 실험 보고서,   증폭기,   전기전자