[전자회로실험] OP앰프 기본 원리1) 실험 1. 반전 증폭기2) 실험 2. 비반전 증폭기3) 실험 3. OP앰프 가산기

소개글

[전자회로실험] OP앰프 기본 원리1) 실험 1. 반전 증폭기2) 실험 2. 비반전 증폭기3) 실험 3. OP앰프 가산기에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 제목

2. 목적

3. 이론

4. 실험 결과 및 분석

5. 검토 및 보고 사항 (디자인 프로젝트)

6. 토의

본문내용

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표 16-5. OP앰프 가산기
(3) 분석
이번 실험은 두 개의 입력 전압을 갖는 OP앰프 가산기 실험으로 의 관계가 성립함을 보기 위한 실험이었다. Rf가 10kΩ, 22kΩ인 경우에 대해 각각 , 의 관계식이 만들어 지고 이를 통해 계산한 이론값을 측정값과 비교했을 때 2.3%미만의 오차율을 보이는 결과를 얻을 수 있었다.
5. 검토 및 보고 사항 (디자인 프로젝트)
1) Vout 5(Vb-Va)가 되도록 Ra와 Rf를 정하시오.
문제에서 요구하는 바를 구현하기 위해서는 의 관계를 만족시키도록 값들을 정해주면 된다. 따라서 Rf=5kΩ으로 설정하고, 위 관계식에 따라 Ra=1kΩ으로 설정해주면 된다.
2) Rb+Rc<2MOhm이 되도록 각각의 저항값을 정하시오.
1)에서 언급했던 관계식 에 따라 Rb=1kΩ으로 설정해주고 적절하게 Rc=5kΩ으로 설정해준다. 이 둘의 합 Rb+Rc=6kΩ<2MΩ이므로 문제에서 주어진 조건을 만족시킨다.
3) OP Amp가 소모하는 전체 power는 40~50mW 사이가 되도록 Design 하시오.
디자인 프로젝트 설계 회로도
위와 같이 Design하고 Op-Amp에 걸리는 전압을 KVL을 이용하여 구하면 다음과 같다.
1.677m×(-15) +Pop +(-1.677)×15 = 0
∴ Pop = 50.31mW
따라서 주어진 조건을 거의 만족시키도록 설계된 것을 알 수 있다.
6. 토의
이번 주차 실험은 Op-Amp의 기본 원리를 알아보는 실험이었다. 실험은 ‘1) 실험 1. 반전 증폭기’, ‘2) 실험 2. 비반전 증폭기’, ‘3) 실험 3. OP앰프 가산기’로 구성되어 있었고 각각에 대해 살펴보면 다음과 같다.
먼저 첫 번째 실험은 반전 증폭기를 구현하고 전압 이득, Av를 살펴보는 실험이었다. 이 증폭기의 이론적인 전압이득은 로서 실험으로 구한 전압 이득 와 조금의 오차율을 보이면서 비슷하게 나타났다. 이 실험에서 특별히 주의해서 살펴볼 점은 입력 전압을 AC로 주었을 때 그 주파수가 특정한 값 이상이 되는 순간부터 전압 이득이 급격히 감소한다는 사실이다. 우리 실험에서는 그 특정한 주파수 값이 1kHz였는데 이 값을 넘어가면서부터 전압 이득이 크게 감소하였다. 하지만 Orcad를 통한 시뮬레이션에서는 10kHz를 경계로 이득이 크게 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 출력 단자에 큰 커패시티브 로드가 걸려서 주파수가 채 올라가기 전에 임피던스가 낮아진 것이 원인인 것으로 추정된다. 다시 말해 이 회로는 출력 단자에 달린 커패시터가 주파수가 증가함에 따라 이 커패시터의 임피던스가 감소하고 그 결과 Low Pass Filter의 기능을 하게 되는 것으로 추정된다. 또한 추가적으로 알 수 있는 것은 Rr의 저항 값이 클수록 그 급격한 이득감소가 더 낮은 주파수부터 시작된다는 것이다. 이러한 점을 고려해볼 때 교류 전압을 Op-Amp에 인가하는 경우 그 전압 이득의 감소가 일어나는 주파수를 넘어가지 않도록 설계하는 것이 필요하다.
두 번째 실험은 비반전 증폭기를 이용해서 위의 실험과 동일한 과정을 반복했다. 이 실험은 바로 앞의 실험과 증폭기의 종류만 바뀌었을 뿐이지 과정은 완벽히 동일하여 어렵지 않게 실행할 수 있었다. ac 증폭기를 사용한 경우 출력 측정을 디지털 오실로스코프로 하였는데 vol/div 단자를 움직일 때마다 값이 바뀌어 정확한 측정을 하기가 어려웠다. 그에 따른 오차가 발생한 것으로 보인다.
마지막으로 Op-Amp 가산기 실험에서는 두 개 이상의 입력 전압을 가지고 Op-Amp가 전의 실험에서와 동일하게 동작할 수 있음을 볼 수 있었다. 의 관계를 확인할 수 있었고, 실험 결과 오차율은 저항자체의 오차율 범위 내에서 나타나 실험을 적절히 수행했다고 볼 수 있다.
전체 실험을 통틀어 생각해 볼 수 있는 오차원인으로는 그 영향이 미약하지만, 기계의 내부저항, 소자들의 내부저항, 저항의 오차율, 측정기기의 불완전성을 생각해 볼 수 있다. 그 중 생각해 볼 수 있는 가장 큰 오차원인으로는 Op-Amp가 이론에서와 같이 이상적이지 않고 유한한 전압 이득을 갖기 때문이라고 볼 수 있다.
7. 참고문헌
※ Microelectronic CIRCUITS, 5th, Sedra/Smith, Oxford, chap 2
※ 대학전자회로 실험, 1997년, 청문각, 이승훈외 3명 335~347p

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전자회로실험,   OP앰프,   기본 원리