소개글
"아주대학교 전자회로 실험 보고서"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
1.2. 연산 증폭기의 동작 원리
1.3. 부궤환 증폭기의 개념
2. 반전 증폭기 실험
2.1. 반전 증폭기 회로 구성
2.2. 반전 증폭기 실험 결과
2.3. 반전 증폭기 이론과 시뮬레이션 결과 비교
3. 비반전 증폭기 실험
3.1. 비반전 증폭기 회로 구성
3.2. 비반전 증폭기 실험 결과
3.3. 비반전 증폭기 이론과 시뮬레이션 결과 비교
4. 실험 결과 분석
4.1. 반전 증폭기 결과 분석
4.2. 비반전 증폭기 결과 분석
4.3. 오차 원인 분석
5. 결론
5.1. 실험 목적 달성 여부
5.2. 실험 결과의 의의
5.3. 향후 연구 과제
6. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
실험 목적은 연산 증폭기(OP Amp)의 이득에 영향을 미치는 부궤환(negative feedback) 루프의 영향을 이해하고, 반전(inverting) 증폭기와 비반전(non-inverting) 증폭기의 사용을 익히는 것이다.
연산 증폭기(OP Amp)는 두 개의 입력단(-IN, +IN)과 한 개의 출력단(OUT)을 갖는 단위 소자이다. 입력과 출력은 V_out = A_v(V_+in - V_-in)의 관계를 가지고 두 입력 신호의 전압차를 증폭하는 차동 선형 증폭기이다. 연산 증폭기라고 불리는 이유는 이를 이용해 여러 가지 연산이 가능하도록 회로를 구성할 수 있기 때문이다.
부궤환 증폭기(Negative Feedback Amplifier)는 출력을 입력으로 되돌리는 궤환(feedback) 회로로, 부(negative)궤환은 출력이 입력의 (-) 단자에 들어가는 것을 의미한다. 부궤환 회로에서 V_in의 기준을 (-) 단자로 두면 반전 증폭기, (+) 단자로 두면 비반전 증폭기로 구분할 수 있다.
반전 증폭기의 경우 V_out = -(R_F/R_R)V_in이 성립하므로 입력 전압과 출력 전압의 위상이 180도 차이가 난다. 비반전 증폭기의 경우 V_out = (1 + R_F/R_R)V_in이 성립하므로 입력과 출력의 위상이 같다. 이를 통해 부궤환 루프가 연산 증폭기의 이득에 미치는 영향을 이해할 수 있다.
또한 반전 증폭기는 음수의 상수배 전압을, 비반전 증폭기는 1보다 큰 양수의 상수배 전압을 얻을 수 있다. 따라서 본 실험을 통해 반전 및 비반전 증폭기의 구동과 용도를 익히는 것이 실험 목적이다.
1.2. 연산 증폭기의 동작 원리
연산 증폭기의 동작 원리는 다음과 같다.
연산 증폭기는 두 개의 입력단(-IN, +IN)과 한 개의 출력단(OUT)을 가지는 단위 소자이다. 입력과 출력은 Vout = Av(V+in - V-in)의 관계를 가지고 두 입력 신호의 전압차를 증폭하는 차동 선형 증폭기이다. 연산 증폭기라고 불리는 이유는 이를 이용해 여러 가지 연산이 가능하도록 회로를 구성할 수 있기 때문이다. 실험에서는 연산 증폭기의 동작을 ideal하다고(실제로 그럴 수는 없지만) 가정한다. 두 입력단의 전압 차가 0이고(virtual short), 입력단, 출력단의 임피던스를 각각 infinity, 0으로 보아 입력에는 전류가 흐르지 않으며, 출력은 어떤 노드가 걸려도 영향이 없다. 이와 같은 연산 증폭기의 동작 원리를 이해하고 있다면 부궤환 증폭기의 개념을 설명할 수 있다. 출력을 입력으로 되돌리는 것을 궤환(feedback)이라고 하며, 출력이 입력에 영향을 미치므로 closed loop이다. 궤환은 정(positive)궤환, 부(negative)궤환으로 구분할 수 있는데, 이번 실험은 부궤환 회로이므로 출력 값의 위상과 180도 떨어진 값이 입력으로 들어가게 된다. 부궤환 회로에서는 (-) 단자를 기준으로 하면 반전 증폭기, (+) 단자를 기준으로 하면 비반전 증폭기로 구분할 수 있다. 이처럼 연산 증폭기의 동작 원리와 부궤환 증폭기의 개념을 이해하는 것이 중요하다.
1.3. 부궤환 증폭기의 개념
부궤환 증폭기의 개념은 다음과 같다. 출력이 입력으로 되돌려지는 것을 궤환(feedback)이라고 한다. 출력이 입력에 영향을 미치므로 이를 closed loop라고 한다. 반대로 입력과 출력이 직렬로 연결된 경우를 open loop라고 한다. 궤환은 정(positive) 궤환과 부(negative) 궤환으로 구분할 수 있는데, 출력이 입력의 (+) 단자에 들어가면 정궤환, (-) 단자에 들어가면 부궤환이다. 이번 실험에서는 부궤환 회로를 다룬다. 부궤환 회로에서 입력단의 (-) 단자를 기준으로 하면 반전 증폭기가 되고, (+) 단자를 기준으로 하면 비반전 증폭기가 된다. 비반전 증폭기의 (-) 입력 단자는 virtual ground이다. 반전 증폭기와 비반전 증폭기의 출력 전압 관계식은 각각 V_out = -(R_F/R_R) V_in과 V_out = (1 + R_F/R_R) V_in으로 표현된다. 따라서 부궤환 루프에 의해 연산 증폭기의 이득이 결정되며, 반전과 비반전의 차이로 인해 위상...
참고 자료
Behzad Razavi, Microelectronics, WiLey, 2/E(p.319-356)
AllDataSheet.co.kr, “741C”, https://html.alldatasheet.co.kr/html-pdf/840178/TI1/LM741C-MWC/57/1/LM741C-MWC.html,(2021.09.13)
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Wikipedia, “Negative feedback amplifier”, https://en.wikipedia.org/wiki/Negative-feedback_amplifier, (2021.09.13)
Behzad Razavi, Microelectronics, WiLey, 2/E(p.321-353)
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