[A+] op-amp 실험 레포트

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목차

1. 실험목적
2. 이론적 배경
3. 사용 계기 및 부품
4. 실험 방법

본문내용

하게 된다. 아래 그림의 op-amp 슈미트 트리거는 입력 레벨과 출력 레벨이 반대인 인버팅 동작을 한다. 따라서 입력과 출력의 관계는 그림 2.7(b)와 같다.
3. 사용 계기 및 부품
DC power supply, 디지털 멀티미터, 오실로스코프, 함수발생기
op-amp: LM741 1개, 다른 제조사 1개
저항: 200kΩ 4개, 1kΩ 4개, 10kΩ 2개, 100kΩ 2개 (400kΩ 대신 200kΩ 활용, 500Ω 대신 1kΩ 활용)
가변저항: 10kΩ potentiometer 1개
브레드 보드, 전선 및 리드선4. 실험 방법
4.1 Op-amp 입력 바이어스 전류 측정 실험
그림 2.9의 회로를 결선하고, op-amp 반전입력과 비반전입력 핀의 전압을 측정하고, 입력바이어스 전류를 계산한 뒤 아래 표 2.1에 기입한다.
회로의 200kΩ 저항 대신 아래 표 2.1에 제시된 다른 저항값으로 바꾸어 과정 (1)을 반복하고, 결과를 표 2.1에 기입한다.
100kΩ 일때
400kΩ 일때
Op-amp
전압 측정값
입력바이어스 전류
비반전입력
반전입력
출력
비반전입력
반전입력
평균
200kΩ조건
13.295mV
11.184mV
14.116 V
66.48 nA
55.92 nA
61.2 nA
100kΩ조건
5.532mV
6.728mV
14.115 V
55.32 nA
67.28nA
61.3 nA
400kΩ조건
22.712mV
26.125mV
14.116 V
56.78 nA
65.31 nA
61.045 nA
<표 2.1>
입력바이어스 전류 계산식 -> 비반전입력 =
반전입력 =
다른 제조사의 op-amp 소자를 사용하여 과정 (1)과 (2)를 반복한다.
4.2 Op-amp 입력 오프셋전압 측정 및 소거 실험
그림 2.11(a)의 회로를 결선하고 출력 전압을 측정한다. 비반전증폭기 특성을 고려하여 op-amp의 입력 오프셋전압을 계산한다.
출력전압 측정결과 105.401mV가 측정되었다. 회로에서 이득 gain은 이므로 100이다. 따라서 오프셋 전압은
105.401mV/100=1.054 mV
이다.
그림 2.11(b)의 회로로 고치고 출력전압을 측정하고 입력 오프셋전압을 계산한다.
출력전압 측정결과 -432.376mV 가 측정되었다. 회로에서 이득 gain은 이므로 100이다. 따라서 오프셋 전압은
432.376mV/100=4.323 mV
이다.
(a) 회로와 (b) 회로의 차이를 고려하면서 과정 (1)과 과정 (2) 결과를 반복한다.
그림 2.11(b)의 회로를 이용하여 그림 2.2의 입력 오프셋전압 소거 방법대로 op-amp 1번과 5번 사이에 10kΩ potentiometer를 연결하여 출력 전압이 0V가 되도록 조정한다.
과정 (4)에서 수행한 potentiometer 연결 및 조정은 유지한 채, 그림 2.11(a) 회로로 바꾸어 출력전압을 측정한다. 0V에서 벗어나 있으면 다시 0V가 되도록 조정한다. 0V에서 벗어나게 된 이유에 대해 토의한다.
두가지 경우 모두 가변저항값을 아무리 바꿔도 출력전압이 0V에 도달할 수 없었다. 이는 가변저항을 추가하지 않았을때랑 결과값이 같은것으로 보아, 연결이 잘못되었다고 예상되는데 아무리 생각해도 뭐가 틀린지 알아낼 수 없었다. 때문에 이는 실제 실험에서 직접 실험해본 후에 추가로 시뮬레이션을 다시 진행할것이다.
다른 제조사의 op-amp 소자를 사용하여 과정 (1)부터 (5)를 반복한다. (다음 회로부터는 입력 오프셋전압 소거 과정은 생략함. 즉 입력 오프셋전압은 무시함)
4.3 Op-amp slew rate 측정 시험
그림 2.13의 회로를 결선하고 함수발생기를 이용하여 회로에 표시된 구형파를 입력전압으로 인가하고, 오실로스코프를 이용하여 출력전압을 관찰한다.
전압변화 ΔV와 시간변화 ΔT를 측정하여 slew rate를 관찰한다.
구면파의 상승에지 부근에서 값이 반복적으로 튀어서 정확한 값을 측정하긴 어려웠다. 그래서 기울기가 완만해지는 곳까지 구간을 잘라서 계산하였다.
ΔV= 9.852V, ΔT= 47.348 us -> slew rate = 이다.
다른 제조사의 op-amp 소자를 사용하여 과정 (1)과 (2)를 반복한다.
4.4 OP-amp 활용 (1)：비교기(여기서부터는 한 가지 opamp로만 실험함)
그림 2.15의 회로를 결선하고 함수발생기를 이용하여 회로에 표시된 sine파를 입력전압으로 인가하고, 오실로스코프를 이용하여 출력전압을 관찰한다.
출력전압은 최고점이 14.118V, 최저점이 -14.118V로 측정되었다.
비반전입력단의 비교기준전압을 바꾸어 가면서(저항 R1(100kΩ))과 R2(1kΩ)의 값을 바꾸어 가면서) 출력파형의 변화를 관찰한다.
저항비를 같은 비율 또는 큰 비율로 바꾸었을 때는 파형의 변화가 없었다. 하지만 저항비를 작은 비율로 바꾸었더니 구면파의 주기가 더 길어진 모습을 확인할 수 있었다. 이는 -Vcc에 포화된 파형이므로 입력단자에 입력된 전압이 기준전압보다 낮다는 것을 예상할 수 있다.
4.5 OP-amp 활용 (2)：반전증폭기, 비반전증폭기, 가산기
그림 2.17의 회로를 결선하고 함수발생기를 이용하여 회로에 표시된 sine파를 입력 전압으로 인가하고, 오실로스코프를 이용하여 출력전압을 관찰한다.
그림 2.19의 회로를 결선하고 함수발생기를 이용하여 회로에 표시된 sine파를 입력전압으로 인가하고, 오실로스코프를 이용하여 출력전압을 관찰한다.
그림 2.21의 회로를 결선하고 함수발생기를 이용하여 회로에 표시된 sine파를 입력전압으로 인가하고, 오실로스코프를 이용하여 출력전압을 관찰한다.
4.6 OP-amp 활용 (3)：슈미트 트리거
그림 2.23의 회로를 결선하고 함수발생기를 이용하여 회로에 표시된 sine파를 입력하고, 오실로스코프를 이용하여 출력전압을 관찰한다.
입력단자에 입력된 저항이 기준저항보다 낮으므로 -Vcc에 포화된 파형이 나타난다.
그림 2.23의 회로에서 출력이 바뀌게 되는 기준 전압이 달라지도록 각자 회로를 수정한 후 sine파를 입력하고, 오실로스코프를 이용하여 출력전압을 관찰한다.
입력전압을 0.2 Vp로 설정하였더니 출력파형의 변화가 존재했다.

키워드

opamp,   전자회로실험,   Op-amp 칩,   핀의 사용법,   응용 회로