[전자회로실험] 연산 증폭기 특성 예비보고서

소개글

[전자회로실험] 연산 증폭기 특성 예비보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

① 연산 증폭기
② 앰프 가산기
③ 입력단
④ 둘째단과 셋째 증폭단
⑤ 출력단
⑥ 보상 커패시터
⑦ 능동 부하
⑧ 입력 바이어스 전류
⑨ 입력 옵셋 전류
⑩ 입력 옵셋 전압
⑪ CMRR
⑫ 슬루율

① 연산 증폭기의 이득
② 비반전 증폭기
③ 반전 가산기
④ 입력 바이어스 전류
⑤ 출력 옵셋 전압 / 슬루율

본문내용

, 741의 CMRR은 약 30,000이다. 만일 동일한 공통 모드와 차동 모드 입력 신호가 주어진다면, 공통 모드 신호는 741의 출력단에서 차신호보다 30,000배 정도 작을 것이다.
⑫ 슬루율
연산 증폭기의 AC 동작에 영향을 미치는 모든 특성들 중에 슬루율(slew late)이 가장 중요한데, 그 이유는 대신호 동작에 심각한 제한을 유발시키기 때문이다. 슬루율은 출력 전압이 변할 수 있는 최대 속도로서 정의되며, 741의 경우에는 0.5V/μs보다 더 빨리 변할 수 없다. 만일 741의 입력단에 구형파를 가한다면, 출력 전압은 위 그림에서 나타낸 바와 같이 선형적으로 상승하는데, 출력 전압이 0V에서 10V까지 상승하려면 20μs가 소요된다. 일반적인 741의 출력은 이러한 속도보다 더 빨리 변할 수는 없다.
모의실험
① 연산 증폭기의 이득
위는 pspice 회로도이다.
왼쪽 그래프는 OFFSET을 3V, AMPL를 500mV 주었을 때의 시뮬레이션 결과이다. (실제 실험에서는 점진적으로 증가시키나 동작 성향을 파악하기 위해서 고정값을 설정하였다)
RR과 RF의 비가 1:1이므로, 전압 이득이 1인 결과가 나올 것을 예상할 수 있으며, 입력 신호와 출력 신호의 위상이 반대가 됨을 예측할 수 있다. 시뮬레이션 결과 역시 예측과 동일하게 도출되었다.
위 두 그래프는 각각 RR이 2500Ω, 30000Ω일 때의 출력 전압 시뮬레이션 결과이다. RR과 RF의 비가 달라지므로 출력 전압의 증폭도가 변경됨을 예측할 수 있고, 시뮬레이션 결과 역시 그대로 도출되었다.
② 비반전 증폭기
왼쪽 그래프는 비반전 증폭기의 출력 전압 시뮬레이션 결과이다. 비반전 증폭기의 경우 출력 전압은
Vout = {1+(RF/RR)}×Vin
이므로, 위의 회로에서 RR과 RF가 같기 때문에 출력 전압이 2배가 될 것임을 예측할 수 있고, 시뮬레이션 결과 역시 예측과 동일했다.
아래의 그림은 각각 RR이 2500Ω, 30000Ω일 때의 출력 전압 시뮬레이션 결과이다. RR과 RF의 비가 달라지므로 출력 전압의 증폭도가 변경됨을 예측할 수 있고, 시뮬레이션 결과 역시 그대로 도출되었다.
왼쪽(RR = 2500Ω)의 OFFSET은 대략 8.6V 정도이고, 오른쪽(RR = 30000Ω)의 OFFSET은 대략 4.0V 정도이다. RR이 작기 때문에 출력 전압의 증폭도가 높을 것이라는 예측과 일치한다.
③ 반전 가산기
기본 회로 구성은 위의 회로도와 같다.
왼쪽 그래프부터 차례대로,
1. 회로도 그대로의 시뮬레이션 결과
2. V1의 극성을 반대로 했을 때의 시뮬레이션 결과
3. V1과 V2중 어느 한 쪽을 제거했을 때의 시뮬레이션 결과(둘의 결과가 같음)
이다.
반전 가산기로서 각각의 입력에 대한 출력 전압이 올바르게 검출되고 있음을 확인할 수 있다.
④ 입력 바이어스 전류
⑤ 출력 옵셋 전압 / 슬루율
실험방법
<실험 부품 및 장비>
전원 : 듀얼 가변 저전압 DC전원(15V)
장비 : 오실로스코프, AF 정현파 발생기, 디지털 멀티미터, 가변 저항기, AC 발생기
가변 저항 : 5kΩ
741C 3개
저항 : 10kΩ 1/2W 2개, 100Ω 2개, 1kΩ, 10kΩ, 100kΩ, 200kΩ 2개, 1MΩ 1/2W 3개
커패시터 : 1μF, 10μF 2개
기타 : SPST 스위치 4개, 1.5V 건전지 2개
<실험 과정>
① 연산 증폭기의 이득
1. 왼쪽 회로를 구성한다. RF = RR 10kΩ로 구성한다. 두 개의 DC전원은 각각 9V, 정현파 발생기는 1kHz, 0V로 설정한다.
2. 출력 파형이 왜곡되는 바로 이전 상태까지 정현파 발생기의 출력 전압을 점진적으로 증가시킨다. 첨두 출력 신호 전압을 측정한 후 기록한다. 이것이 회로 내의 귀환 저항기들에 대한 최대 무왜곡 출력 신호값이다.
3. 오실로스코프를 이용하여 증폭기의 입력 신호 Vin을 측정하고 기록한다.
4. 증폭기의 이득을 계산한 다음 기록한다.
5. 입력과 출력 신호의 위상을 비교하여 서로 동상일 때와 180° 위상차를 보일 때를 나타낸다.
6. 정현파 발생기의 출력을 0V로 감소시키고, 각각의 RR 값에 대하여 실험을 반복한다.
② 비반전 증폭기
1. 회로를 왼쪽과 같이 개조한다. 정현파 발생기와 전원은 그대로 둔다.
2. 표의 각각의 RF와 RR에 대해서 요구되는 데이터를 측정한 후 기록한다.
③ 반전 가산기
1. 그림의 회로를 구성한다.
RF = R1 = R2 = 10kΩ이다. V1과 V2는 1.5V 건전지이다.
2. V1과 Vout을 측정하고 기록한다.
3. 표의 입력 극성에 따라 데이터를 측정하고 기록한다.
4. 반전 연산 증폭기의 무왜곡 이득상에 실질적인 제한이 있는지의 여부를 실험적으로 결정한 후, 최대 출력 전압과 이득을 기록한다.
④ 입력 바이어스 전류
1. 왼쪽 회로를 구성한다.
2. 스코프의 수직 입력을 연산 증폭기의 반전 단자에 연결한다. DC 전압을 측정하여 기록한다.
3. 연산 증폭기를 다른 741C로 바꾼 후, 실험을 반복한다.
4. 옴의 법칙과 얻어진 데이터를 이용해서 첫 번째 연산 증폭기에 대한 입력 전류를 계산하고, 이 두 전류의 평균을 취해서 표에 결과를 기록한다. 이것이 입력 바이어스 전류이다. 두 번째와 세 번째 연산 증폭기에 대해서도 동일하게 실험한다.
⑤ 출력 옵셋 전압
1. 왼쪽 회로를 구성한다. 6번 핀에서 DC출력 전압을 측정하여 결과를 기록한다. 두 번째와 세 번째 연산 증폭기에 대해서도 동일하게 실험한다.
2. 입력 옵셋 전압을 구하여 기록한다.
3. 회로에 5kΩ 가변 저항기를 연결한다. 오실로스코프를 써서 출력 전압을 관찰하면서 출력 옵셋 전압이 0이 될 때까지 가변 저항을 조절한다.
⑥ 슬루율
1. 오른쪽 회로를 연결한 후 오실로스코프로 출력을 관찰한다. AC발생기는 10kHz로 조정하고 연산 증폭기를 구동하도록 신호 크기를 조절한다. 신호 파형이 형성되도록 오실로스코프 타이밍을 조절한다.
2. 전압 변화 ΔV를 측정하고 파형의 시간 변화 ΔT도 측정한다. 결과를 기록하고 다른 741C에 대해서도 실험을 반복한다. 슬루율 공식 SR = ΔV/ΔT 를 사용하여 슬루율을 계산한다.

키워드

전자회로실험,   연산 증폭기 ,   외부 부귀환 루프,   반전 증폭기,   반전 가산기,   옵셋 전압,   슬루율