OP - AMP 실험(예비보고서,실험보고서)

소개글

OP - AMP 실험(예비보고서,실험보고서)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

◎ 예비 보고서

▶ 실험의 목표

▶ 실험 이론

◎ 결과 보고서

▶ 검토 및 결론

본문내용

며 반전단자와 비반전단자에 노드 방정식을 적용하면
(2-8)
(2-9)
이므로 식(2-9)에 을 대입시켜 정리하면
(2-10)
식(2-10)으로부터 입력과 출력이 같은 위상을 갖는 다는 것을 알 수 있다.
(a) 비반전증폭기
(b) 등가회로
그림 2-2 비반전증폭기와 등가회로
(7)(1). 미분기(differentiator)
그림 3-1는 OP-Amp를 이용한 미분기회로이다.
그림 3-1. 미분기회로
미분기의 경우 커패시터가 사용되었는데, 우리는 커패시터의 특징을 살펴볼 필요가 있다. 커패시터는 주파수에 따라 저항율이 변하는 소자로서 리액턴스가 로서 표시된다. 즉 주파수가 커지면 저항율이 작아지고 주파수가 작아지면 저항율이 커지는 특징을 가진다. 만약 주파수가 0(직류)이면 ∞의 저항율을 가지게 되어 개방(open)되게 된다. 커패시터의 리액턴스의 특징을 위상까지 포함해서 설명하기 위해 라플라스 연산자를 써서 표시하면
여기서 (3-1)
또한 는 시간영역에서는 미분연산자이므로 로 표현할 수 있다.
그림 3-1의 미분기는 일종의 반전증폭기로서 반전증폭기의 이득공식을 그대로 적용시키면
(3-2)
따라서 출력전압 은 입력전압 의 시간적 도함수에 비례한다.
만약 입력신호 가 라면, 그 출력전압은
(3-3)
따라서, 입력전압이 정현파일 때 출력전압의 위상은 주파수에 상관없이 입력보다 90o 뒤진다. 만약 미분기를 주파수로 해석하기 위하여 식(3-2)에서의 에 를 대입하고 의 크기를 구해보면
(3-4)
그러므로, 입력의 주파수가 커지면 커질수록 이득이 커지므로 출력이 커지게 된다는 것을 의미하고, 만약 입력전압에 고주파 잡음이 포함되어 있다면, 잡음이 포함되지 않은 원래의 입력에 대한 출력신호에 비해 잡음은 상당한 고주파이므로 잡음이 원 신호에 대한 출력보다 엄청나게 커지게 되어 원 신호는 사라지게 되고 증폭된 잡음만이 남게 된다. 대부분의 모든 입력전압은 잡음을 약간씩 포함하고 있개 되기 때문에 실제의 적용에 있어 그림 3-1과 같은 미분기는 사용할 수가 없다. 이 문제를 해결하는 방법으로는 어느 이상의 주파수부터는 이득을 제한해주는 방법이 필요하게 되는데, 그림 3-2가 개선된 미분기라 할수 있다.
그림 3-2 개선된 실제의 미분기 (고주파이득의 제한)
그림 3-2도 역시 반전증폭기이고 반전단자의 리액턴스 요소를 라 하면 저항과 커패시터가 직렬로 연결되어 있으므로 가 되고 출력은
(3-5)
주파수에 따른 의 크기를 구해보기 위해 를 대입하여 정리하면
(3-6)
만약 이면 근사적으로 =>
이면 근사적으로 =>
즉, 낮은 주파수()에서는 미분동작이 일어나며, 높은 주파수()에서는 반전증폭기와 같이 동작한다. 여기서 기준이 되는 주파수 는 ()로 나타낼 수 있으며, 보통 차단주파수(Cut-off frequency)라 부른다. 그러므로 차단 주파수이하에서 미분기로 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
(2) 적분기(integrator)
그림 3-3은 적분기회로를 나타내고 있다.
그림 3-3 적분기회로
적분기는 미분기에서 저항과 커패시터를 바꾸어 놓은 형태의 일종의 반전증폭기로 반전증폭기의 이득공식을 그대로 적용시키면
(3-7)
은 적분연산자로서로 표현되므로 식 (3-7)은 가 되므로 적분동작을 한다는 것을 알 수 있다.
주파수 해석을 위해 를 대입하여 이득을 구하면
(3-8)
식 (3-7)로부터 적분기동작을 한다는 것을 알 수 있으며, 또한 식 (3-8)로부터 입력 주파수가 커질수록 이득이 작아진다는 것을 알 수 있다. 이것은 미분기의 동작과는 반대현상으로 적분기는 고주파잡음과는 상관없다는 것을 알 수 있다. 그러나 적분기 역시 일종의 반전증폭기이므로 출력의 위상은 입력과 반대가 되므로, 그림 3-4에서 표현한 것과 같이, 만약 입력전압이 구형파라고 하면 입력 구형파가 +인 영역에서는 기울기가 -인 일차함수가 출력되며, 입력구형파가 -인 영역에서는 기울기가 +인 일차함수가 출력된다.
그림 3-4 적분기의 동작
만약, 적분기 역시 이득을 제한하고 싶다면 그림 3-5와 같은 회로를 사용하면 되는데, 이 회로는 저주파 이득을 제한하게 된다.
그림 3-5 개선된 적분기 (저주파이득의 제한)
실험 6 OP - AMP 실험
◎ 결과 보고서
2. 2) 1. 5hz 1khz
10khz 100khz
2. 2) 2. OP - AMP 출력이 느려서 스위칭할 때 딜레이가 생긴다.
100hz 1khz
10khz 100khz
2. 3) V는 과도한 전류를 뽑을 수 없다. 저항의 병렬연결로 peat to peak가 낮아진다.
3. 2) V=(+V) ,, V=(-V)
이론치 : 14.6 = 0.65 (V) ,, -12.4 = -0.55(V)
실험치 : 0.64(V) ,, -0.64(V)
3. 2) 주기 T = 2RfC 0.02ms
3. 3) +V 6.2 v ,, -V -5.60 v
3. 4) Duty cycle = 100 = 50% ( 이론치 )
= 48% ( 실험치 )
▶ 검토 및 결론
→ 이번의 실험들은 대체적으로 회로가 간단하고, OP amp가 특성이 잘 나타나서 간단하게 끝낼 수 있었다. 이제껏 해온 실험 중에 결과가 이만큼 까지 깨끗하게 잘 나온적이 드물었기 때문에 가장 만족스러운 실험이었다고 할 수 있다.
반전 증폭기와 비반전 증폭기를 실험하고, 그 결과를 비교하였다. 앞에서도 언급했던바와 같이, 전압의 입력을 직류와 정현파신호로 하는것과 그에 따라 저항값도 두 개를 여러개로 다르게 바꾸어가면서 다양한 결과를 얻었으며, 각 각 두 번씩 하며 특성을 잘 파악할 수 있었다. 각 전압이 더해져서 증폭되는 것을 확인할 수 있었다. 이상적인 증폭기는 무한대의 대역폭을 갖기 때문에, 이상적인 OP amp라 가정한다면 잘못된 결과도 아닐 것이다. 이번 실험을 통하여 회로이론 시간부터 잘 이해 못했던 OP amp 회로의 해석에 대해서도 알 수 있었다. OP amp의 이름대로 전압이 더해지고 빼지는 등의 연산이 op amp를 통과하면서 이루어지는 동작을 실험을 통해 알아볼 수 있었으므로, op amp의 기초적인 동작을 이해하고 확인하고자 했던 초기 목표에 맞는 실험을 했다고 할 수 있을 것이다.

키워드

이상적인 OP-AMP,   최대정격,   전기적특성,   발전증폭기,   등가회로,   미분기 ,   적분기,   전기전자실험