[기계실험]전기실험 - Op-Amp (선형증폭기)

소개글

[기계실험]전기실험 - Op-Amp (선형증폭기)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적

2. 이론
3. 예비레포트
- Op-Amp 란?
- 반전 증폭기 & 비반전 증폭기
- Function Generator의 기능 및 사용법

4. 결과레포트
- 실험 및 실험방법(직접실험사진첨부)
- 고찰

본문내용

.
입력전압
출력전압
이론 출력전압
0.50V
5.0V
5.0V
0.80V
8.0V
8.0V
1.00V
10.0V
10.0V
2.00V
15.0V
20.0V
4) Function Generator에서 발생된 신호를 비반전증폭기의 입력신호로 사용하여 비반전증폭기에서 나오는 신호와 입력신호를 비교하라.
입력전압
출력전압
이론 출력전압
0.7V
7.70V
7.7V
1.0V
11.0V
11.0V
2.0V
22.0V
15.0V
< 입력 - 0.7 V / 출력 - 7.7 V >
< 입력 - 1.0 V / 출력 - 11 V >
6. 고찰
이번 실험을 통해 배울 것은 미세한 전기신호를 사람이 확인 가능한 전기신호로 바꾸는 증폭 실험이다. Op-Amp는 미세한 전기신호를 증폭, 가감산, 곱셈, 나눗셈, 미적분을 가능하게 하는 전기소자로써 Op-Amp로 전기신호를 증폭하는 방법은 반전증폭과 비반전증폭 2가지가 있다. 먼저 반전증폭은 출력신호가 입력신호와 반대의 파형으로 증폭되는 것이다. 그리고, 비반전증폭은 파형은 그대로 유지하면서 증폭만 시키는 것이다,
실험에서는 10배 증폭을 하였는데 위와 같은 결과를 얻었다. 먼저 반전의 경우 0.5V가 들어가서 5.0V가 나왔고 1.0V가 들어가서는 10.0V가 나왔다. 반전증폭기의 증폭식은 Vout=-Rf/R1×Vin으로 1V일 경우는 정확히 10배 증폭되어지고 파형도 정확하게 나왔지만 2V의 경우는 위 정확한 10배의 결과를 얻지 못하였다. 그 이유는 Op-Amp는 ±15V의 전압을 지원하기 때문으로 볼 수 있다. 그러므로 15V를 넘지 않는 범위안에서 결과값이 출력되는 것을 알 수 있었다. 또한 결과 파형 그림에서 알 수 있듯이 반전 증폭기는 입력되는 그래프에대해 정확하게 반대로 출력되는 (반전되는 형태의 결과 그래프) 모습을 볼 수 있다.
비반전 증폭기의 경우에는 0.7V가 들어가서 7.7V가 나왔고 1.00V가 들어가서는 11.0V가 나왔다. 비반전 증폭기의 경우도 Op-Amp의 특성상 2V일 경우 출력값이 줄어서 나왔다. 비반전 증폭기의 증폭식은 Vout=1+Rf/R1×Vin으로 반전의 경우와 다른 점은 1V가 추가되어 나온다는 것이다. 결과값의 미묘한 1V 차이를 알아보기 위해 아래와 같은 그래프를 뽑아보았다. 비록 정확한 Offset은 적용되어있지 않지만 1V의 차이를 알기에 적절한 것으로 보인다. 또한 비반전 회로의 결과는 반전과는 반대로 입력그래프와 같은 형태의 그래프로 나타난다는 것을 알 수 있다. 그리하여 오실로스코프에서 ch1,ch2의 차이를 10V로 주면 거의 정확하게 일치하므로 (+1의 차이가 작게 표시되지만)처음에는 순간 당황한것도 사실이다.
반전,비반전 증폭기 모두 출력값이 입력전원값을 넘어가게되면 15V에 포화(saturated)된다는 것을 알았다. 실험이 진행되면서 아무리 더 이상의 전압이 들어가도 출력값이 15V를 넘지 않는 것을 보고 조원들이 상의해본 결과 포화된다는 것에 대한 정확한 개념은 알 수 없지만 공급되는 전압인 15V를 넘지 않는 다는 것을 알 수 있었다.
이번 실험은 정확한 출력값을 측정하는것에 대해 많은 어려움을 겪은 실험이였다. 사실 회로를 구성하는 데는 큰 어려움이 없었고 매우 간단한 회로였으나 그 회로에 따라서 나오는 값들을 정확히 판단하고 정확히 표현하는 과정이 쉽지않았다. 또한 이번실험에서도 다른 조들과 월등한 차이를 보일정도로 빠른속도로 실험의 결과값을 출력하는데 성공했는데도 불구하고, 그로인한 자만으로 기본적인 회로 연결실수를 범하는 바람에 결국 정확한 결과값을 다시 얻기까지 꽤 오랜시간이 걸리는 실수를 범하고 말았다. 이러한 실수를 통해서 다음 실험에서는 이러한 자만을 해서는 안되겠다는 것과, 더욱 신중히 실험에 임해야겠다는 생각을 하게 되었다. 다른 조들이 조원이 4명인데 반해 우리조는 3명이기 때문에 갖는 불편함도 있겠지만 오히려 3명이 더욱 단합이 잘되어 좋은 결과를 얻기위해 노력하는 응집도가 더 높은 것 같아 다행이라 생각한다.
※참고, 출력포화
OP amp의 전압 증폭도는 매우 큰데 보통 104105 이다. 아주 미소한 전압(예를 들어 0.001[V]의 전압이 10[V]까지 증폭된다.)도 크게 증폭되지만 그 출력 전압은 Op amp에 공급되는 전원의 직류전압(보통 ±15[V])을 초과할 수는 없다. 즉, 차동 입력 전압을 증폭 도배한 전압의 크기가 전원 전압보다도 크게 되면 출력 전압은 곧 전원 전압의 크기로 슬라이스하게 된다(이것을 출력 포화되었다고 한다).

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