물리실험 -Inverting Amplifier & Non-Inverting Amplifier(op amp)

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물리실험 -Inverting Amplifier & Non-Inverting Amplifier(op amp)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적

2. 실험이론

3. 실험기구 및 재료

4. 실험방법

5. 실험결과 및 측정값

6. 결론 및 검토

7. 질문 및 토의

8. 참고문헌 및 출처

본문내용

물리실험 - Inverting Amplifier & Non-Inverting Amplifier
& 목 차 &
1. 실험목적
2. 실험이론
3. 실험기구 및 재료
4. 실험방법
5. 실험결과 및 측정값
6. 결론 및 검토
7. 질문 및 토의
8. 참고문헌 및 출처
Inverting Amplifier & Non-Inverting Amplifier
1. 실험목적
1. OP amp (연산증폭기)를 구성해보고, 그것의 원리와 역할를 이해한다.
- Inverting amplifier
- Non-Inverting amplifier
2. Oscilloscope의 사용법 숙달 및
간단한 회로구성과 이해
2. 실험이론
1) 연산증폭기(op-amp)
* 연산 증폭기는 두 개의 입력단자와
한 개의 출력단자를 갖는다.
연산증폭기는 두 입력단자 전압간의 차이를 증폭하는 증폭기이기에 입력단은 차동증폭기로 되어있다.
연산증폭기를 사용하여 사칙연산이 가능한 회로 구성을 할 수 있으므로
연산자의 의미에서 연산증폭기라고
< 그림1 : op 741의 pin번호에 따른 사용모식도 >
부른다. 연산증폭기를 사용하여서 미분 기 및 적분기를 구현할 수 있다.
연산증폭기가 필요로 하는 전원은
기본적으로는 두 개의 전원인 +Vcc 및 -Vcc 가 필요하다.
< 그림2 : op 741의 pin번호에 따른 사용모식도(입체) >
2) 이상적 연산증폭기
무한대의 전압이득과 무한대의 대역폭을 갖는다.
개방상태에서 입력 임피던스가 이기 때문에 구동을 위한 전원이 연산증폭기 내부로 유입되지 않는다.
출력 임피던스가 0이다.
< 그림3 : 이상적 연산증폭기 >
연산 증폭기 등가 모델
특성
open-loop gain
band with
phase shift
0
slew rate
input impedance
input current
input offset voltage
0
0
output impedance
0
electronic noise
0
Common-Mode Rejection Ratio
power supply rejection ratio
3) 실제적 연산증폭기
☞ 실제적 연산증폭기는 매우 높은 전압이득, 매우 높은
입력임피던스, 매우 작은 출력 임피던스를 가진다.
4) Potentiometer(가변저항) < 사진5 : 실제적 연산증폭기 >
가변저항이란, 전자회로에서 저항의 값을 임의로 조정할 수 있는 저항기 이다. 소자의 특성상 3단자 인 경우가 많고 일반적으로 회전형 저항이 많이 사용된다. 또 오디오 믹서의 경우처럼 전동기가 내장된 경우도 있다.
figure 1)1회전형 가변저항
figure 2)반고정 저항
figure 3)작동형 가변저항
< 그림6 : 가변저항 >
5) Golden Rule
* 연산증폭기(Op-Amp)에 적용되는 규칙
+단자와 -단자의의 전위차는 0이다.
Input 신호부분은 Op-amp내부로 전류가 흐르지 않는다.
6) Golden Rule 적용을 통한, 연산증폭기의 이득해석.
(1) 연산증폭기 특성을 이용한 반전증폭기 해석
연산 증폭기의 특징인 입력단자V+와V-에 흘러 들어가는 입력 전류는 0이고,V+와V-의 전압은 같다. 따라서 회로에서Rin과Rf에 흐르는 전류는 같다.V-=V+= 0,=0
이므로V-노드에서 KCL 방정식을 세우면: < 그림7 : 반전증폭기의 이득해석 >
이 방정식을 이득을 얻기 위한 방정식으로 풀면:
연산증폭기의 입력 단자에 흐르는 전류는 이상적인 경우 0이다. 그러나 실제로 소자에 따라 다르지만 극히 적은량의 전류가 흐르므로 완전히 0은 아니다. 따라서 이 이득은 단자에 흐르는 전류의 크기에 따라 오차를 갖는 근사치이다.
(2) 연산증폭기 특성을 이용한 비반전증폭기 해석
연산 증폭기의 특징인 입력단자V+와V-에 흘러 들어가는 입력 전류는 0이고,V+와V-의 전압은 같다. 따라서 회로에서Vin=V+=V-같고, 저항Rg와Rf에 흐르는 전류는 같다. 저항Rg에 흐르는 전류를라고 할 때,Rg흐르는 전류에옴의 법칙을 적용해서 방정식을 세우면:
위 방정식에서 전류는:
Vout에서Rf에 흐르는 전류에 대해 오옴의 법칙을 적용해서 방정식을 세우면:
위의 방정식을 정리해서 이득을 구하면:
< 그림8 : 비반전증폭기의 이득해석 >
7) 연산증폭기의 제약들
실제적인 연산증폭기는 이상적인 연산증폭기와는 달리 몇 가지의 제약을 받게된다. 그 중의 하나는 유한한 증폭도와 대역폭이다. 참고로 741 연산증폭기의 경
우, 직류이득은 약 100[dB]이다. 여기서 직류이득이란
5[Hz]이내의 이득을 가리킨다.
직류이득으로부터 3[dB] 낮아진 점의 3[dB] 대역폭은 5[Hz]이다. 그리고 이득이 0[dB]인 점의 대역폭은 1[㎒]이다. 이를 보인 것이다.
< 그림7 : 직선화된 741 연산증폭기의 주파수 응답 >
실제적인 연산증폭기는 유한한 이득과 대역폭이외에 다음 용어에 의해서 기술되
는 동작상의 제약을 받고 있다.
(1) 동상모드 제거비 ( CMRR ;Common mode rejection ratio )
연산증폭기는 차동 증폭기이다. 여기서 차동이란 차이란 의미이며, 연산증폭기의 두 입력단자에 인가된 전압의 차이만을 증폭한다는 의미이다. 즉 이상적인 연산증폭기인 경우에는 증폭기입력에 인가된 전압의 차이가 아무리 적더라도 이를 증폭해 낼 수 있다는 의미이다. 그러나 실제적인 연산증폭기는 매우 작은 차이 전압을 구분한 후에 이를 증폭해 낼 수 없다. 그리고 그 차이 전압을 구분해 내는 능력은 연산증폭기의 종류에 따라서 달라진다. 즉 인가된 두 전압의 차이를 구분해 낸 후, 이를 증폭할 수 있는 능력의 정도를 가름케 해 주는 척도가 곧 동상모드 제거비이다. 이상적인 연산증폭기의 동상모드 제거비는 무한대이다. 용어에서 동상의 의미는 두 입력신호가 공통으로가진 신호란 뜻이다. 즉 입력에 인가되는 두 신호를 표현할 때, 각각의 신호는 두 신호가 가진 공통신호와 차이신호로 표현될 수 있다. 표현된 신호 중에서 연산증폭기가 증폭해 내는 신호는 차이신호이다.
(2) 오프

키워드

Inverting Amplifier,   Non-Inverting Amplifier,   연산증폭기 구성,   연산증폭기의 원리와 역할,   Oscilloscope의 사용법,   연산증폭기