op-amp로 구성한 회로에 관한 여러가지 실험

소개글

op-amp로 구성한 회로에 관한 여러가지 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목표

2. 기본이론

3. 사용기기와 부품

4. 실험내용과 방법

5. 데이터 분석 및 결과

6. 참고

본문내용

15V의 입력을 받는 입력단자에 저항 2개를 이용해 전압이 분배될 수 있도록 한다. 최대 출력이 제한되는 이유는 Op-Amp의 정격 전류가 제한되어 있기 때문이다.
7) fig 2. 의 Noninverting voltage-level detector with Hysteresis의 동작을 상세히 설명하시오.
fig 2는 입력전압에 따라 출력전압이 결정되는 회로이다. 이 회로는 nR에 의해 입력 값의 부호가 바뀌는 구간에서, 노이즈에 의한 출력 값의 변화를 막기 위해서 입력전압의 부호에 따라 값이 로 변하는 회로이다.
2. Inverting Zero Crossing Detector
1)zero crossing detection을 확인해보고, 주파수를 변경시키면서 출력의 변화를 관찰하고, 출력 변화의 이유를 살펴보자.
초기 상태로 맞췄을 때주파수가 5Hz일 때
주파수가 10kHz 일 때
위 사진을 보면 알 수 있듯이 zero crossing detection이 제대로 되는 것을 볼 수 있다. 여기서 결과 화면을 보면 주파수가 낮을 경우에는 보통의 zero crossing detection이 되는 것을 볼 수 있다. 하지만 주파수가 높은 영역에서는 zero crossing detection이 제대로 되지 않는 것을 볼 수 있다. 파형도 기울어지고 오차가 커지게 되는데, 이 이유는 주파수가 높은 영역에서 입력 파형이 그림처럼 되어 여기서 오차가 나는 것임을 알 수 있다.
2)위의 조건에서 +Vsat, -Vsat와 부하 증가되었을때의 값은?
+Vsat = 14.4V , -Vsat = -13V
부하를 증가시켰을 때, +Vsat = -1.92mV , -Vsat = -280mV
여기서 부하를 증가시키게 되면 출력저항에 부하가 증가되므로 전류가 다르게 흐르게 된다. 때문에 saturation전압은 다르게 측정된다.
3-1. Inverting Zero Crossing Detector with hysteresis
Threshold 전압을 측정하고 이론치와 비교하면
여기서 = 2.72V , = -8.24V 이며
이걸 가지고 식에 대입하여 계산하면 = 0.1121 이며 = 0.3699 가 나온다.
결과를 측정하면
= -480mV
= -5.44V 이다.
이론치와 보면 차이가 있는데, 자리수 차이를 감안하고서라도 오차가 너무 크다는 것을 알 수 있다. 결과적으로 실험이 잘못 수행된 점이 있다는 것을 인정하지 않을 수 없다. 잘못된 점은 여러 가지가 있을 수 있는데 회로를 잘못 구성하였거나, 기기에 입력값을 잘못 주었거나, 측정이나 계산의 잘못 등이 있을 수 있다. 회로 구성과 기기 입력값은 여러 번 확인하였었기 때문에 측정을 잘못했을 가능성이나 계산상을 잘못했을 가능성이 가장 크다고 볼 수 있다.
3-2. Astable Multivibrator
회로를 구성하고 결과를 확인하면 다음과 같다.
주기를 측정하면 21.60ms라는 값을 얻을 수 있다. 입력파형에 노이즈가 좀 있긴 하지만 이론치와 비교해보면 그리 오차가 없다는 것을 알 수 있다.
측정결과 = 4mV, = -272mV라는 값을 얻을 수 있었으며, Duty cycle을 측정해보니 10.80ms/21.60ms => 50%가 나왔다. 너무 정확하고 오차가 없는 값이 나와서 오실로스코프의 시간을 줄여서 정확히 측정해 보았으나 계속 같은 값인 50%가 나왔다. 오차가 거의 없는 정확한 값이 나왔기 때문에 실험이 매우 성공적으로 잘 되었다고 볼 수 있다.
4. Bonus Experiment
1) 실험1에서 일단 저항과 다이오드를 직렬로 연결한 다음, 그것을 병렬로 Rf에 연결한다. 이렇게 되면 Duty Cycle이 변하게 된다. 10k 저항을 사용하였을 때, duty cycle은 10.60ms/11.60ms => 91% 가 나오게 된다.
2)Wien-Bridge Oscillator를 구성하고 그 파형을 관찰한 사진은 아래와 같다.
그냥 실험을 하면 값이 잘 나오지 않기 때문에 가변저항을 변화시키는 방법을 사용해야 한다.
이번 실험은 해야 될 것이 너무 많고 내용도 어려워서 좀 힘들고 어려웠다. 그나마 다행인 것은 op-amp를 1학기 때 좀 다루어 봤다는 것이었다. 하지만 이번에 한 실험들은 1학기 때 만들어보거나 공부해 본 회로들과는 좀 다른 회로들이 대부분이며 다뤄보지 않은 어려운 이론들도 새로 배웠기 때문에 따라가기가 좀 힘들었다. 하지만 하나씩 차근차근 실험을 하다보니 이론으로 배웠던 것들을 확인할 수 있었으며, op-amp에 대해서 더 잘 이해할 수 있었다. 그동안 op-amp에 관해 증폭기,비교기, 스위치, 미적분기, multivibrator 정도만 알고 있었는데, 훨씬 많은 회로에 대해 알게 되었으며, op-amp로 정말 많은 회로를 구성할 수 있다는 것을 알게 되었으며, 이해가 깊어질 수 있었다.
Wien-Bridge Oscillator
wien bridge oscillator(윈-브릿지 발진기)는 전자적인 발진기의 한 종류이며, 옆의 그림과 같은 회로이다. 보통 이 회로는 네 개의 저항과 두 개의 캐패시터를 포함하게 된다.
이 회로는 주파수의 넓은 범위를 생성할 수 있다. 또한 입력 신호 없이도 출력 신호를 생성해낼 수 있는 회로이다.
oscillation하는 주파수는 cut-off 주파수를 구하는 식과 같은 형태로 나타나게 된다.
이 회로를 분석하면 op-amp의 (+)단자와 연결되어 있는 RC쌍이 주파수를 선택적으로 만들며, (-)단자에 연결되어 있는 저항들은 증폭 작용을 하게 된다는 것을 알 수 있다.
또한 전압 분배를 사용하여 출력전압을 구할 수 있다.
와 같은 식을 얻을 수 있다.
여기서 Z1(s)와 Z2(s)에 관한 식을 구할 수 있다.
이런 식들을 조합하여 출력 전압을 구할 수 있다.
6. 참고문헌 및 자료
<김상배 저, 개정판 기초전기전자실험, 홍릉과학출판사>

키워드

op-amp,   미분기,   적분기,   Astable Multivibrator,   Wien-Bridge Oscillator,   amplifier,   Voltage Follower,   Inverting zero crossing detector