(홍익대학교) 계측 및 신호처리 - 반전증폭기(inverting amplifier)

소개글

(홍익대학교) 계측 및 신호처리 - 반전증폭기(inverting amplifier)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

반 전 증 폭 기


1. 실험목적

2. 실험이론
① 키르히호프 (Kirchhoff) 법칙
② 반전증폭기
③ OP AMP

3. 실험방법

4. 실험결과
① 5kΩ 일 때
② 10kΩ 일 때
③ 22kΩ 일 때
④ 100kΩ 일 때

5. 고찰

본문내용

i-mos형 (입력회로 등에 mos-fet를 사용)
　 OP amp의 pin 접속
오른쪽 그림은 삼각형의 OP amp를 나타내는 기본 기호이며 거기서부터 인출되어있는 선은 전원, 입력, 출력 등의 접속 핀을 나타내고 있다. 보통의 증폭기인 경우 입력 핀은 한 줄인 경우가 많으나 OP amp에서는 거의 예외 없이 두 줄의 입력 핀을 가진 이른바 차동증폭기로 되어 있다.
따라서 OP amp는 다음 그림과 같이 최저 5개의 핀이 필요한데 이밖에 외부 부가부품(저항, 콘덴서 등)용, 동작상태의 조절용 등의 핀이 부족하므로 결국 6~8개의 핀을 가지고 있는 것이 보통이다.
실제로 회로를 배선한다든지 프린트 패턴을 만든다던지 할 때는 ic를 밑에서(즉, 형번호 등이 인쇄된 면의 뒤쪽부터) 보는 경우가 많으므로 주의하도록 한다.
　
3) OP amp의 특성
초기의 OP amp는 300v 정도의 높은 전압에서 사용하였지만 최근의 OP amp는 ic로 꾸며져서 30V 이하의 낮은 전압에서도 사용되며 저렴한 가격, 사용의 다양화 등으로 인해 신호처리, 통신, 컴퓨터, 전력장치, 신호발생장치, 측정 장치 및 표시장치 등의 거의 모든 분야에서 사용되고 있다.
(1) 이상적인 OP amp
인상적인 OP amp는 다음과 같은 특성을 갖는다.
① 입력저항 ri =
② 출력저항 r0 = 0
③ 개방전압 이득 = │av│ =
④ 주파수 대역폭 bw =
⑤ 입력저항이 0이면 출력전압도 0이다. (zero offset)
⑥ 온도에 따라 특성이 변화하지 않는다. (zero drift)
(2) OP amp의 기호
연산증폭기는 2개의 입력단자(+표시의 비반전 입력단자, -표시의 반전 입력단자)와 출력단자, 그리고 5~15v의 2전원을 필요로 하다.
(3) OP amp의 특징(characteristics)
OP amp나 소자의 특성을 이해하는 가장 좋은 방법은 제조회사에서 제공하는 특성표를 참고하는 것이다.
① OP amp의 일반적인 설명
② 내부의 등가회로도
③ 소자의 외부단자 접속도
④ 절대 최대 정격
⑤ 전기적 특성
⑥ 대표적인 동작 특성 곡선
(4) 최대 정격(maximum ratings)
OP amp가 파괴되지 않는 최대값 으로 이 값을 넘으면 소자는 파괴되고 다시 사용할 수 없다.
① 전원전압 : OP amp에 인가할 수 있는 최대 전압
② 내부 소비전력 : 주어진 주위 온도에서 소비할 수 있는 최대 전력
③ 차동 입력전압 : 반전 입력단자와 비 반전 입력단자 사이에 인가할 수 있는 최대 전압
④ 동상 입력전압 : 두 입력단자와 ground 사이에 인가될 수 있는 최대 전압
⑤ 동작 온도 : 연산증폭기 제조 규격 내에서 동작할 수 있는 최대 주위 온도
(5) 전기적 특성(electrical ratings)
일정한 전원전압과 일정한 주위 온도에서 측정된 연산증폭기의 여러 특성
① 입력 오프셋 전압(voi) : 출력전압을 0으로 하기 위해 두 입력단자 사이에 인가해야 할 전압.
② 입력 bias 전류 (ib) : 두 입력 단자를 통해 흘러 들어가는 전류의 평균값.
③ 입력 offset 전류(ios) : 출력전압이 0일 때 두 입력단자를 통해 흐르는 전류의 차이
④ 입력 공통성분 범위(vcm) : 동상입력전압의 범위
⑤ 입력 저항(zi) : 입력단 접지 시 두 단자 사이에서 증폭기 내부를 들여다 본 저항성분
⑥ 출력단자 전류(iosc) : 부하로 흘릴 수 있는 최대 전류
⑦ 출력 전압 범위(voma) : 주어진 부하저항 값에서 왜곡 없이 얻을 수 있는 출력전압 변화의 최대값
⑧ 개방 전압 이득 (aol) : 외부의 귀환회로가 없을 때 연산증폭기의 이득
⑨ 대신호 전압이득
⑩ 슬루율 (sr) : 연산증폭기의 이득이 1일 때 출력전압의 시간에 따른 변화율
⑪ 동상 제거비 (cmrr) : 두 입력 단자에 동일한 신호를 동시에 인가했을 경우 입력신 호에 출력신호의 비(일반적으로 decibel(db)로서 표시된다.)
3. 실험방법
① 오실로스코프를 다음과 같이 설정한다.
Channel 1&2: 0.5 volt/division
Time base: 1 msec/division
AC coupling
② 브레드보드에 전원을 연결한다. 함수발생기를 이용하여 입력신호를 설정한다.
입력신호: 전압: 1 volt peak-to-peak,
파형: sinusoidal 500 Hz (5 complete cycle for 10 horizontal divisions)
입력신호와 출력신호사이의 차이점
출력신호 oppositive form(inverted), 180 out-of-phase
③ 출력 peak-to-peak 전압을 확인한다.
4. 실험결과
① 5kΩ 일 때
② 10kΩ 일 때
③ 22kΩ 일 때
④ 100kΩ 일 때
< 정석 사진 >
< Scale 변화 준 사진 >
RB
Measured Vo (peak-to-peak)
Voltage Gain
()
Voltage Gain(RB/RA)
오차(%)
5 kΩ
0.54 V
0.50
0.5
0
10 kΩ
1.046 V
0.97
1
3
22 kΩ
2.315 V
2.16
2.2
1.8
100 kΩ
10.562 V
9.78
10
2.2
5. 고찰
이번 주 실험은 반전증폭기의 회로를 구성해보고, 오실로스코프를 이용하여 신호를 측정해 보았다. 처음 해 보는 회로 구성이라서 미숙함이 많아 실험 시간이 오래 걸렸으며, 너무나도 열약한 환경 때문에 값이 나오지 않아 애를 먹었다.
실험 결과를 보면 오차가 0, 3%, 1.8%. 2.2% 로 매우 작은 오차를 보였다. 매우 적은 오차를 보였지만 오차의 원인을 생각해보면 오래된 실험기구들을 들 수 있다. 많은 사람들이 공용으로 사용하다보면 보드의 많이 썼던 부분은 저항이 증가하여 오차의 원인으로 작용하였을 것이다. 또한 저항이 구부러져 있거나 하는 등 상태가 좋지 않았는데, 이것도 오차의 원인이 된 것 같다.
이번 실험을 통해 기계공학과에서는 자주 접하지 않는 장비를 익힐 수 있는 좋은 기회였다고 생각한다. 미분,적분기 실험도 반전증폭기와 거의 비슷하므로 이번에 익힌 지식을 이용하여 다음 실험도 잘 할 수 있을 것이라고 생각한다.

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