기초공학실험 - 기초전기

본문내용

동일하다고 볼 수 있다. 연산증폭기에서 나타나는 이러한 특성을 가상접지라고 한다.
(2)연산 증폭기를 이용하여 구성한 회로의 구성
①반전 증폭기
<그림. 4 반전 증폭기의 회로 구성>
반전 증폭기의 가장 기본적인 회로는 그림. 4와 같다. 입력 전압을 출력전압을 입력단자(반전입력)의 전압을 로 두면,
로 되며, 이상적인 연상증폭기에서 이고 (가상접지)이므로,
이다. 따라서,
의 관계가 구해져 출력 전압은 입력전압에 대해 위상이 반정된 증폭전압으로 나타난다.
②비반전 증폭기
<그림. 15 비반전 증폭기의 회로 구성>
입력전압을 출력전압을 반전 입력단자의 입력전압을 로 두면,
이 된다.
이상적인 연산증폭기에서 입력단자의 전압 는 이므로,
(증폭도)
(출력전압)
의 관계가 구해져 출력 전압은 입력전압의 증폭된 전압으로 나타난다.
3.5 전압 및 전류의 측정
(1)전압측정
①
계기 위의 전압(V)이라 표시된 곳은 붉은색 선을, 접기(COM)라 표시된 곳에 검은색 선을 그림과 같이 연결한다.
②
가운데 원형 모양의 기능을 선택하는 수위치를 전압위치(DC 또는 AC)로 전환한다.
③
수치 범위를 지시하는(보통 이 범위는 기능과 함께 있다) 스위치를 예측하는 최대 전압보다 조금 높게 설정한다.
④
전압을 측정하려는 회로 부품 양단을 구분한다.
⑤
위에서 멀티미터에 연결된 붉은 선을 전압이 높다고 생각되는 부분으로, 검은 선을 그림과 같이 낮은 쪽이나 접지에 연결한다.
⑥
전압값을 읽는다.
<그림. 5 전압 측정 방법>
(2)전류측정
①
계기 위의 전류(A, mA)라 표시된 곳은 붉은색 선을 접지(COM)라 표시된 곳에 검은색 선을 그림과 같이 연결한다.
②
가운데 원형 모양의 기능을 선택하는 수위치를 전압위치(DC 또는 AC)로 전환한다.
③
수치 범위를 지시하는(보통 이 범위는 기능과 함께 있다) 스위치를 예측하는 최대 전류보다 조금 높게 설정한다.
④
전류를 측정하려는 회로 부품 양단을 구분한다.
⑤
전원공급을 차단하고 측정하려는 부품의 한쪽 단자를 그림과 같이 회로에서 제거한다. 이는 전류가 흐르는 통로에 직렬로 전류계를 연결한 것이다.
⑥
위에서 멀티미터에 연졀된 붉은 선을 전압이 높다고 생각되는 부순으로, 검은선을 그림과 같이 낮은 쪽이나 접지에 연결한다.
⑦
전원을 다시 공급하고 전류계의 값을 읽는다.
<그림. 6 전류 측정 방법>
4. 실험 방법
4.1 트랜지스터에 의한 전류 증폭 실험
- Logic L뮤 Unit에 장착된 브레드보드를 이용하여 회로를 구성한다.
- 트랜지스터의 베이스 입력의 저항 을 330Ω으로 한다.
- 베이스 단의 입력 전압을 5V로 하고, 트랜지스터의 콜렉터 단의 입력전압을 12V로 한다.
- 입력전압에 따른 베이스 전류, 콜렉터단의 전압 및 콜렉터 이미터간의 전류를 측정한다.
- 베이스 입력의 저항의 크기를 증가시킨 후, 전단계의 측정 절차를 반복한다.
4.2 연산증폭기를 이용한 반전 증폭 실험
- Logic Lob Unit에 장착된 브레드보드를 이용하여 회로를 이용하여 회로를 구성한다.
- 연산전원 공급은 ±12V를 사용하도록 하며, 함수 발생기를 사용하여 ±1V의 구형파 입력 신호를 생성한다.
- 증폭도 조절을 위하여 저항 는 1kΩ으로 고정하고, 값을 1kΩ으로 한다.
- 함수 발생기의 출력을 입력하였을 경우의 출력 전압을 측정한다.
- 의 크기를 적절하게 변화시켜가면서 의 변화에 따른 출력 전압을 측정한다.
5. 실험 결과
증폭도(계산식 포함)
표기값
측정값
표기값
측정값
표기값
측정값
1kΩ
0.96kΩ
1kΩ
0.96kΩ
==1
1
1kΩ
0.96kΩ
2kΩ
2.13kΩ
==2.22
2
1kΩ
0.96kΩ
3kΩ
3.16kΩ
==3.29
3
1kΩ
0.96kΩ
4kΩ
4.23kΩ
==4.40
4
<표. 연산증폭기의 반전 증폭 실험>
입력파형과 출력파형A(±1V) 입력파형과 출력파형B(±2V)
입력파형과 출력파형C(±3V) 입력파형과 출력파형D(±4V)
<표. 연산증폭기의 입력과 출력>
※입력파형과 출력파형은 구형파 입력을 이용한 것을 기록하고, 각 입출력의 전압을 확인하여, 최대치와 최저치의 값을 비교할 수 있도록 작성하시오.
- 우리 2조는 파형 1칸당 1V로 잡고 실험을 하였다. 이에 따라 A파형은 1V에서의 파형, B파형은 2볼트에서의 파형, C파형은 3V에서의 파형, D파형은 4V에서의 파형으로 1V씩 간격을 두고 측정하였다.
6. 분석 및 고찰
- 이론 설명을 듣고 난 후 첫 실험은 기초전기(연산증폭)실험이 이었다. 우선 우리 조는 조교님의 설명을 듣고 실험을 차근차근 시작하였다. 우선 빵판(Bread Board)에 우리가 원하는 조건으로 각 선들을 연결하였다. 연결을 한 후 조교님께 체크를 받은 후 오실로스코프를 이용하여 우리조가 실험한 값을 측정하기로 하였다. 그러나 우리가 예상했던 것과 달리 오실로스코프는 제대로 작동하지 않았다. 전선들의 연결이 잘못됐는지 확인을 다시하고 다시 측정을 했지만 역시 오실로스코프는 이상한 파형을 그리며 움직이고 있었다. 실험시간을 끝났고 우리 조는 조교님께 양해를 구한 후 다음 분반과 함께 실험을 계속 진행시킬 수 있었다. 다시 차근차근 실험을 시작한 후 우리 조는 조교님의 도움으로 가까스로 문제를 해결할 수 있었다. 우리가 측정한 측정값은 표준 값과의 차이를 보였으며 작게는 0.2 크게는 0.4 정도의 오차가 발생하였다. 실험 중간에는 실험자의 실수로 인하여 가변저항단자가 부서지는 일도 생겼었다. 측정결과가 나오지 않자 가변저항을 너무 세게 돌려서 생긴 실수로, 실험기구사용법에 대하여 다시 한 번 도구사용의 법을 익힐 수 있는 기회가 되었다.
7. 오차 발생 이유
측정 시에 쓰는 부품은 약간의 저항이 존재하지만 이론적으로 계산할 때에는 이 저항을 배제하고 계산 하는 것이기 때문에 오차가 발생할 수 있습니다. 그리고 브레드보드에도 저항이 존재하고, 멀티미터 측정 시에도 손에 의한 저항 때문에 오차가 발생할 수 있습니다. 그리고 이론식으로 계산을 할 때에나 측정을 해서 값을 얻을 때에도 반올림으로 계산을 하기 때문에 거기에 대해서도 어느 정도 오차가 날 수 있겠다고 할 수 있겠습니다.

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