Op Amp의 정적특성(예비보고서)

소개글

Op Amp의 정적특성(예비보고서)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.실험 제목 : Op Amp의 정적특성

2.준비물

3.실험 목적

4.사전지식

5.시뮬레이션

6. 분석 및 토의

본문내용

1.실험 제목 : Op Amp의 정적특성
2.준비물 : OrCAD를 이용한 시뮬레이션 결과.
오실로스코프, 신호 발생기, 멀티미터, 직류 전원장치, Op amp, 저항
3.실험 목적
그동안 우리가 계속 사용하였던 Op Amp의 정적인 특성의 확인 하여본다. 또한 어떠한 특성을 갖는 Op-Amp가 좋은지 알아본다.
4.사전지식
op amp의 정적특성이란?
실생활에서 사용하는 op-amp 는 이상적이지 않기 때문에 자체적인 특성을 가지고 있다. 그 중 입력전압이 0이어도 op amp의 출력전압이 0이 되지 않는 특성을 op amp의 정적 특성이라 한다.
그것은 op-amp 마다 다르며 증폭기 안에 트랜지스터와 저항, 커패시터로 인해 약간의 출력 전압이 발생하게 된다.
Inverting and noninverting amp with internal offset-error nulling.
Integrator with internal offset - error nulling.
Op amp는 +-15V의 동작 전원이 인가 될 시 입력단에 아무런 전압을 인가하지 않아도 출력에 약간의 신호가 생긴다. 의도 하지 않은 출력 신호 이므로 노이즈로 볼 수 있고 이런 성분을 가리켜 드리프트라고 부르기도 한다. 이런 드리프트가 적을수록 좀 더 원하는 값을 얻기 쉽다. 특히 조그마한 신호를 측정해야 하는 의료장비 쪽의 특성을 고려하면 드리프트의 제거는 매우 가치있는 공학적 작업이 된다.
5.시뮬레이션
(1) CAD 프로그램을 이용하여 다음의 회로를 구성하라. 이 때, V3 는 VDC 을 이용하고 크기는 0V 로 하라.
(2)Time domain analysis를 수행하라. (R3=0)
R1=100 R2=1k
R1=1k R2=10k
R1=10k R2=100k
R1=100k R2=1M
R1
R2
R3
출력 전압
100Ω
1kΩ
0Ω
291.507uV
1kΩ
10kΩ
0Ω
1.0093mV
10kΩ
100kΩ
0Ω
8.1874mV
100kΩ
1MΩ
0Ω
79.968mV
출력 전압
시뮬레이션 결과 입력전압에 대한 출력전압의 값이 0이 아닌 값으로 나왔다.
이론적으로는 입력전압의 값이 0이므로 출력전압도 0이 나와야 하지만 Op-Amp(uA741) 자체의 특성으로 인해 약간의 출력전압을 갖는다.
이 값은 저항 R1, R2의 값이 클수록, 큰 값을 가진다.
(3)R3를 가변저항으로 하고 parameter sweep 하여 출력전압이 최소가 되는 R3 값을 각각 구하라.
R1=100 R2=1k
R1=1k R2=10k
R1=10k R2=100k
R1=100k R2=1M
출력 전압을 최소화 시키는 저항 R3의 값.
R1
R2
R3
100Ω
1kΩ
332Ω
1kΩ
10kΩ
1.146kΩ
10kΩ
100kΩ
9.333kΩ
100kΩ
1MΩ
90.9kΩ
위 시뮬레이션은 모두 네 가지 경우의 저항 설정에 대한 것이다. parameter sweep과 performance analysis를 이용하였다.
그에 대한 출력전압을 측정해본 결과, 높은 값의 저항을 쓸수록, 출력전압도 같이 증가함을 위 표를 통해서 알 수 있다.
시뮬레이션 그래프에서 오른쪽으로 감소 그래프가 출력되는데, 커서로 0v가 나오는 지점을 찾아서 그 때의 저항값을 찾아볼 수 있다. R1, R2 값이 증가할수록 이상에 가까워짐을 알 수 있다.
(4)op amp를 OP-07로 바꾸고 (2)(3) 과정을 반복하라.
R3=0 고정
R1=100 R2=1k
R1=1k R2=10k
R1=10k R2=100k
R1=100k R2=1M
R3 가변
R1=100 R2=1k
R1=1k R2=10k
R1=10k R2=100k
R1=100k R2=1M
R1
R2
R3
100Ω
1kΩ
383Ω
1kΩ
10kΩ
1.24kΩ
10kΩ
100kΩ
9.438kΩ
100kΩ
1MΩ
91kΩ
출력 전압을 최소화 시키는 저항 R3의 값.
- Op-Amp 자체의 특성으로 인해 입력 전압이 0이어도 출력 전압은 0이 되지 않는다. 이 시뮬레이션도 uA741 와 같이 입력에 필요한 저항의 크기가 클수록 출력 전압을 0으로 만들어 주기 위한 저항(R3)의 값이 커짐을 알 수 있다. 0에 대한 출력전압이 작을 수록 좋은 증폭기라고 할 수 있다.
(5)TL084를 가지고 (4)을 반복하라.
R3=0으로 고정
R1=100 R2=1k
R1=1k R2=10k
R1=10k R2=100k
R1=100k R2=1M
R3 가변
R1=100 R2=1k
R1=1k R2=10k
R1=10k R2=100k
R1=100k R2=1M
R1
R2
R3
100Ω
1kΩ
383Ω
1kΩ
10kΩ
1.24kΩ
10kΩ
100kΩ
9.438kΩ
100kΩ
1MΩ
91kΩ
출력 전압을 최소화 시키는 저항 R3의 값.
op-Amp 자체의 특성으로 인해 입력 전압이 0이어도 출력 전압은 0이 되지 않는다. 이 시뮬레이션도 uA741, OP-07 와 같이 입력에 필요한 저항의 크기가 클 수록 출력 전압을 0으로 만들어 주기 위한 저항(R3)의 값이 커짐을 알 수 있다.
6. 분석 및 토의
이번 실험은 Input 전원이 없음에도 Offset되어 전압이 출력이 되는 OP Amp의 정적인 특징을 확인해 보고 이를 어떠한 방법으로 제거를 시켜 줄 수 있을지를 확인해보는 실험 이였다. 입력이 없는 상태였음에도 이렇게 offset이 생긴다는 점은 OP Amp에 공급되는 DC전원에 의해서 생긴 offset이라 생각된다. OP Amp는 이상적으로 입력저항은 무한대이지만, 실제로는 약간의 입력전류가 존재한다. 두 입력단자에 흐르는 입력전류의 평균을 입력 바이어스 전류라 하는데, 741의 경우에는 최대 800nA로 되어 있다. 입력 바이어스 전류는 일종의 leakage current로서 온도에 따라서도 민감하게 반응한다. 각 입력단자로 유입되는 전류가 저항이 있는 길을 통과하게 되어 전압을 유기시키게 되는데 이러한 에러 입력전압이 다시 상당한 에러 출력전압, 즉 offset 전압을 발생시키게 된다.

키워드

Opamp,   연산증폭기,   정적 특성,   Static