OP AMP(연산증폭기)의 특성

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목차

OP AMP(연산증폭기)의 특성
1. 제목

2. Abstract

3. Simulation Result

4. Experiment Result

5. conclusion

본문내용

로를 구헝하여 측정하여라.
시뮬레이션과 같은 회로를 구성하여 입력단에 아주 미세한 전압을 넣어 output offset을 0에 가깝게 가도록 유도하였다. 결과 R8 = 23.123kΩ, R6 = 23.101kΩ에서 약간의 변화에 +-가 바뀌었다. 그 측정값은 약 48mV였다.
실험 4) 회로 7-4와 같이 구성하고 Slew Rate을 측정하라. AC전원의 주파수는 10KHz이다.
AC 전원의 주파수를 1KHz로 낮추고 OP Amp의 출력전압이 10VPP가 되도록 조정하여 OP Amp의 대역폭(Bandwidth)을 결정하라. 대역폭은 주파수의 증가에 따라 출력신호를 관측하여 slew-rate 찌그러짐이 발생하기 시작하는 주파수까지가 OP Amp의 혀용 대역폭이다.
입력값을 1.312VPP로 조정하여 증폭출력값을 9.938VPP로 맞추었다.
주파수를 증가시켜 Slew-Rate이 찌그러지기 시작하는 점을 찾았다.
F = 30Khz
5. conclusion
실험 1) 회로 7-1과 같이 Inverting amplifier에서 외부저항 RR과 RF에 따라 이득이 변함을 보여라.
RF = 10, 30, 50kΩ에 대한 출력 그래프
RR = 5kΩ, VIN = 1VPP고정인 상태에서 RF 값의 변화에 따른 출력 전압을 측정하여 이득값을 구했다. 출력 전압식
rm V_OUT = -left [ R_F over R_R right ] times V_I
에서 이론치는
RF(Ω)
10k
20k
30k
40k
50k
VOUT(V)
2
4
6
8
10
오차
3.1%
3.9%
1.57%
7.025%
7.5%
이론치와 시뮬레이션과 이론치가 적은 오차로 거의 일치함을 알 수 있다. 식에서와 같이 반전 증폭기는 위상이 바뀌고
rm R_F over R_R
배만큼 증폭이 됨을 알 수 있다.
전압 이득은 입력치가 1VPP였으므로 출력값이 전압이득이다.
RF(Ω)
10k
20k
30k
40k
50k
전압이득
1.938
3.844
5.906
7.438
9.25
회로를 Non-inverting amplifier로 바꾸고 외부저항 RR과 RF에 따라 이득이 변함을 보여라.
RF = 10k, 30k, 50kΩ에 대한 출력 그래프
RR = 5kΩ, VIN = 200mVPP고정인 상태에서 RF 값의 변화에 따른 출력 전압을 측정하여 이득값을 구했다. 출력 전압식
rm V_OUT = left [ 1 + R_F over R_R right ] times V_I
에서 이론치는
RF(Ω)
10k
20k
30k
40k
50k
VOUT(V)
0.6
1
1.4
1.8
2.2
오차
0%
-0.6%
3.143%
-4.17%
11.23%
이론치와 시뮬레이션과 이론치가 적은 오차로 거의 일치함을 알 수 있다. 식에서와 같이
rm 1 + R_F over R_R
배만큼 증폭이 됨을 알 수 있다.
실험치의 전압이득은 다음과 같다.
RF(Ω)
10k
20k
30k
40k
50k
전압이득
3
5.03
6.78
9.375
9.765
실험 3) 회로 7-3과 같이 구성하고 OP Amp의 Input Offset Voltage를 측정하라.
입력이 0일때의 출력 전압
시뮬레이션에서는 19mV가 측정되었다. 하지만 실험에서 얻은 측정치는 155mV였다. 이는 저항값이 작은 차이와 실험실 온도등의 차이점에서 나오는 것이라고 생각 할 수 있다. 이상적인 소자라면 0이 나와야 하지만 그렇지 않으므로 위와 같은 값이 나온 것이다. 실험 오차는 -715.79%로 아주 작은 값을 측정하는데 있어서 생긴 큰 오차이다.
OP Amp 회로가 안정할 수 있도록 output offset을 없애는 회로를 구헝하여 측정하여라.
Output Offset을 거의 0 가까이 떨어뜨림
시뮬레이션과 같은 회로를 구성하여 입력단에 아주 미세한 전압을 넣어 output offset을 0에 가깝게 가도록 유도하였다. 결과 R8 = 23.123kΩ, R6 = 23.101kΩ에서 약간의 변화에 +-가 바뀌었다. 그 측정값은 약 48mV였다. 시뮬레이션에서는 R8 = 21.101kΩ, R6 = 21.09521kΩ에서 그 출력값이 0에 근사한 값인 -3.6㎶가 나왔다. 저항을 조절하는데 있어 미세함에 한계가 있어 정확한 실험을 하기 힘들었으며 결국 위와 같은 아주 큰 오차를 가진 결과를 얻은 데에서 그치게 되었다.
실험 4) 회로 7-4와 같이 구성하고 Slew Rate을 측정하라. AC전원의 주파수는 10KHz이다.
rm Slew~Rate = DELTA~V over DELTA~t ~[V/ mus]
이므로 위의 그래프를 근거로 식에 값을 대입하면
rm DELTA ~V ~cong ~18.28 V
,
rm DELTA ~t ~ cong~ 24 mus
Slew Rate은 0.761666 [V/㎲]
시뮬레이션의 결과에서 보면
rm DELTA ~V ~cong ~20.004 V
,
rm DELTA ~t ~ cong~ 45 mus
이므로 0.4445333[V/㎲]이다. 그 오차는 -71.34071036%이다. Data Sheet의 Slew-Rate값은 0.5[V/㎲]로 시뮬레이션 값에 더 가깝다.
AC 전원의 주파수를 1KHz로 낮추고 OP Amp의 출력전압이 10VPP가 되도록 조정하여 OP Amp의 대역폭(Bandwidth)을 결정하라. 대역폭은 주파수의 증가에 따라 출력신호를 관측하여 slew-rate 찌그러짐이 발생하기 시작하는 주파수까지가 OP Amp의 혀용 대역폭이다.
입력값을 1.312VPP로 조정하여 증폭출력값을 9.938VPP로 맞추었다.
주파수를 증가시켜 Slew-Rate이 찌그러지기 시작하는 점을 찾았다.
찌그러짐이 시작된 Freq = 1.57KHz
찌그러진 전압이 7.07%가 되는 주파수
찌그러진 전압이 30Khz에서 발생되었다. Data Sheet상에서 10khz에서 찌그러짐이 시작되며 약 30Khz부근에서 7.07%가 되는 것을 알 수 있다. 이 소자의 허용 대역폭(Bandwidth)은 30Khz부근이다.
rm f_p = SR over {2pi V_r}
에서
rm {0.76 times 10^6} over {2 pi 9.875} = 12.249~KHz
, 오차 -144.9%

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