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목차
1. 사전 지식
2. 시뮬레이션
3. 분석 및 토의
2. 시뮬레이션
3. 분석 및 토의
본문내용
수 있는데, 이 때에는 전압이득이 1이 되는 unity gain Freq이다. 885.116kHz로 거의 동일하게 나오는 것은, ua741의 op amp의 특성을 말하는 것이다. 이처럼 0dB점 일때를 GBP(Gain Bandwidth Product)라고 말한다.(사전지식 참고) 그리고 이것은 항상 동일한 값으로 구해진다.
(3) 그림 9.1의 회로를 수정하여 다음의 회로를 구성하라. V2는 vpulse로 하고, Td=0, TF=TR=1ns, PW=1s, PER=2s, V1=0v, V2=100mV로 하라. 0~5us 동안의 Time Domain Analysis를 수행하여 출력의 rise time을 구하라.
⇒rise time 은 어느 파형의 크기가 증가할 때, 10% 증가할 때부터, 90% 증가할 때까지의 걸린 시간이다. 시뮬레이션 결과, 773.59ns가 나온다. 또, 비 반전 증폭회로이므로 전압이득은 2V/V 이다. 따라서 출력 파형이 200mV가 되는 것을 알 수 있다.
(4) 그림 9.2의 회로에서 R2를 100k로 바꾼 뒤, 0~100us동안의 Time Domain Analysis를 수행하여 slew rate을 구하라.
⇒ slew-rate 는 단위시간당 출력전압의 최대변화량을 말합니다. 증가하는 범위에서의 기울기가 slew-rate 이다. 여기서는 13.857 / 32.088us = 0.4318 V/us 가나온다.
(5) 그림 9.2의 회로에서 R2를 1k로 바꾸라. V3를 vsin으로 변경하고, 진폭은 100mV로 하라. V3의 주파수를 1kHz로 하고, 0~1ms 동안의 Time Domain Analysis를 수행하여 출력을 관찰하라. V3의 주파수를 100kHz로 바꾼 뒤, 0~10us 동안의 Time Domain Analysis를 수행하여 출력을 관찰하라. 두 가지 경우의 출력 파형을 비교하여 100kHz의 입력인 경우 왜곡이 발생하는 이유를 설명하라.
▶ 주파수가 1KHz일 때.
⇒ 이득이 11인 비반전 증폭기로 동작하기 때문에 출력 전압의 진폭은 1.1V으로 증폭기의 특성에 맞게 출력 파형이 정상적으로 나왔다.
▶ 주파수가 100KHz일 때.
⇒ 주파수를 올려 100kHz 로 한 경우, 전압이득이 1보다 작게 나왔다. 이는 출력에 왜곡이 발생한 경우로 OP Amp의 동적 특성을 알아볼 수 있는 시뮬레이션이라고 생각한다.
3. 분석 및 토의
이상적인 OP Amp에서는 Infinite bandwidth 여서 DC에서 무한대의 주파수까지 Open Loop gain이 일정하지만 실제에서는 Single Time Constant인 Low pass RC회로와 같은 주파수 특성을 보인다. OP Amp가 이렇게 STC회로와 같은 특성을 보이도록 만든것을 커패시턴스 보상이라고 하는데. 좀 더 선형적으로 사용할 수 있도록 그렇게 만든 것이라고 한다. STC 회로의 전달함수는 1/(1+s/wo) 이므로 Opamp 의 전달함수도 A0/(1+s/wo)라고 할 수 잇다. A0는 DC일때의 게인을 말하고 wo는 cutoff frequency를 말한다. Low pass회로이므로 주파수가 올라갈수록 감소하는 그래프가 나타나는데 그때 한번 꺽이는 주파수를 cutoff frequency 혹은 -3dB Frequency 혹은 coner frequency 라고 부르고 f0나 fb로 표기 한다.
A(s) = A0/(1+s/wo) (w0 = 2pi f0 이고 단위는 rad/s이며, 등가회로에선 1/RC 이다.)
s에 jw를 대입하면 A0/(1+jw/w0) 가 되는데 정리하면 A0w0/w0+jw가 된다. 이때 w0는 w가 커지면 상대적으로 거의 무시할 수 있을정도로 작아지므로 A(jw) = A0w0 / jw 가 된다. Bode plot 에서 A가 x과 만나는점, 즉 A=1이되는 unity-gain bandwidth혹은 gain-bandwidth product는 A(jw)를 1로 대체해 A0w0 = jw 식으로 구할 수 있다. 이때 A0w0 = wt로 정의하면 |A(jw)| = wt/w = ft/f 가 되므로 unity-gain bandwidth를 알면 원하는 주파수에서의 dB값을 알 수있는 유용한 식을 얻을 수 있다
앞에서 해왔던 실험에 비해 새로운 개념이 많이 등장했다. GBP나 slew-rate들도 알게 되었다. 아직 의용전자2는 진도를 나가지 못해 이론적으로 아는 점이 없어 시뮬레이션 분석이 힘들었다. 이번 실험9의 실험절차를 통해서 더 깊게 이해할 수 있을거라 생각한다.
(3) 그림 9.1의 회로를 수정하여 다음의 회로를 구성하라. V2는 vpulse로 하고, Td=0, TF=TR=1ns, PW=1s, PER=2s, V1=0v, V2=100mV로 하라. 0~5us 동안의 Time Domain Analysis를 수행하여 출력의 rise time을 구하라.
⇒rise time 은 어느 파형의 크기가 증가할 때, 10% 증가할 때부터, 90% 증가할 때까지의 걸린 시간이다. 시뮬레이션 결과, 773.59ns가 나온다. 또, 비 반전 증폭회로이므로 전압이득은 2V/V 이다. 따라서 출력 파형이 200mV가 되는 것을 알 수 있다.
(4) 그림 9.2의 회로에서 R2를 100k로 바꾼 뒤, 0~100us동안의 Time Domain Analysis를 수행하여 slew rate을 구하라.
⇒ slew-rate 는 단위시간당 출력전압의 최대변화량을 말합니다. 증가하는 범위에서의 기울기가 slew-rate 이다. 여기서는 13.857 / 32.088us = 0.4318 V/us 가나온다.
(5) 그림 9.2의 회로에서 R2를 1k로 바꾸라. V3를 vsin으로 변경하고, 진폭은 100mV로 하라. V3의 주파수를 1kHz로 하고, 0~1ms 동안의 Time Domain Analysis를 수행하여 출력을 관찰하라. V3의 주파수를 100kHz로 바꾼 뒤, 0~10us 동안의 Time Domain Analysis를 수행하여 출력을 관찰하라. 두 가지 경우의 출력 파형을 비교하여 100kHz의 입력인 경우 왜곡이 발생하는 이유를 설명하라.
▶ 주파수가 1KHz일 때.
⇒ 이득이 11인 비반전 증폭기로 동작하기 때문에 출력 전압의 진폭은 1.1V으로 증폭기의 특성에 맞게 출력 파형이 정상적으로 나왔다.
▶ 주파수가 100KHz일 때.
⇒ 주파수를 올려 100kHz 로 한 경우, 전압이득이 1보다 작게 나왔다. 이는 출력에 왜곡이 발생한 경우로 OP Amp의 동적 특성을 알아볼 수 있는 시뮬레이션이라고 생각한다.
3. 분석 및 토의
이상적인 OP Amp에서는 Infinite bandwidth 여서 DC에서 무한대의 주파수까지 Open Loop gain이 일정하지만 실제에서는 Single Time Constant인 Low pass RC회로와 같은 주파수 특성을 보인다. OP Amp가 이렇게 STC회로와 같은 특성을 보이도록 만든것을 커패시턴스 보상이라고 하는데. 좀 더 선형적으로 사용할 수 있도록 그렇게 만든 것이라고 한다. STC 회로의 전달함수는 1/(1+s/wo) 이므로 Opamp 의 전달함수도 A0/(1+s/wo)라고 할 수 잇다. A0는 DC일때의 게인을 말하고 wo는 cutoff frequency를 말한다. Low pass회로이므로 주파수가 올라갈수록 감소하는 그래프가 나타나는데 그때 한번 꺽이는 주파수를 cutoff frequency 혹은 -3dB Frequency 혹은 coner frequency 라고 부르고 f0나 fb로 표기 한다.
A(s) = A0/(1+s/wo) (w0 = 2pi f0 이고 단위는 rad/s이며, 등가회로에선 1/RC 이다.)
s에 jw를 대입하면 A0/(1+jw/w0) 가 되는데 정리하면 A0w0/w0+jw가 된다. 이때 w0는 w가 커지면 상대적으로 거의 무시할 수 있을정도로 작아지므로 A(jw) = A0w0 / jw 가 된다. Bode plot 에서 A가 x과 만나는점, 즉 A=1이되는 unity-gain bandwidth혹은 gain-bandwidth product는 A(jw)를 1로 대체해 A0w0 = jw 식으로 구할 수 있다. 이때 A0w0 = wt로 정의하면 |A(jw)| = wt/w = ft/f 가 되므로 unity-gain bandwidth를 알면 원하는 주파수에서의 dB값을 알 수있는 유용한 식을 얻을 수 있다
앞에서 해왔던 실험에 비해 새로운 개념이 많이 등장했다. GBP나 slew-rate들도 알게 되었다. 아직 의용전자2는 진도를 나가지 못해 이론적으로 아는 점이 없어 시뮬레이션 분석이 힘들었다. 이번 실험9의 실험절차를 통해서 더 깊게 이해할 수 있을거라 생각한다.
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- 페이지수9페이지
- 등록일2009.02.26
- 저작시기2008.4
- 파일형식한글(hwp)
- 자료번호#520462
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