전자회로설계 및 실습1_설계 실습1. Op Amp를 이용한 다양한 Amplifier 설계

전자회로설계 및 실습1_설계 실습1. Op Amp를 이용한 다양한 Amplifier 설계_결과보고서

문서 내 토픽

1. 센서 출력 신호 증폭

본 실험에서는 출력저항이 큰 센서의 출력신호를 증폭하기 위해 Inverting, Non-inverting, Summing Amplifier를 설계, 구현, 측정, 평가하였다. 센서 출력 신호를 10 kΩ 저항과 Function Generator를 이용하여 구현하고, 오실로스코프로 측정한 결과 예상과 다른 출력 전압이 나왔다. 이는 실제 저항값과 이론값의 차이로 인한 것으로 분석되었다. Inverting Amplifier와 Non-inverting Amplifier를 설계하고 측정한 결과, 저항값 차이로 인한 오차율이 각각 0.9%, 1.875%로 나타났다. 또한 출력 파형의 왜곡이 일어나지 않는 최대 출력 전압을 측정하였다.
2. Inverting Amplifier 설계

Inverting Amplifier의 Gain은 G = -R2/R1이고 Gain이 음수이므로 출력 파형은 입력 파형이 Invert된 형태로 나온다. 실험 결과, 9.9 kΩ, 997 kΩ 저항을 사용하여 Inverting Amplifier를 설계하고 측정한 결과 입력 신호 mVpp, 2kHz와 출력 신호 V, 2kHz를 얻었다. 이때 오차율은 0.9%로 나타났다.
3. Non-Inverting Amplifier 설계

Non-Inverting Amplifier의 Gain은 G = 1 + R2/R1이고 Gain이 양수이므로 출력 파형과 입력 파형이 같은 위상이다. 또한 Non-Inverting Amplifier는 입력 신호가 저항 R1에 영향을 받지 않는다. 실험 결과, 9.9 kΩ, 997 kΩ 저항을 사용하여 Non-Inverting Amplifier를 설계하고 측정한 결과 입력 신호 mVpp, 2kHz와 출력 신호 V, 2kHz를 얻었다. 이때 오차율은 1.875%로 나타났다.
4. Frequency Response 분석

Inverting Amplifier와 Non-Inverting Amplifier의 Frequency Response를 분석하기 위해 입력 신호를 V, 100Hz로 설정하고 주파수를 높여가며 출력 전압의 크기가 입력과 같아지는 주파수를 찾았다. 그 결과 Inverting Amplifier의 경우 330kHz, Non-Inverting Amplifier의 경우 450kHz로 나타났다. 주파수가 높아질수록 출력 파형이 흔들리면서 오차가 크게 발생하였다.
5. 입력 임피던스 분석

Inverting Amplifier와 Non-Inverting Amplifier의 입력 임피던스를 분석하기 위해 R1과 R2를 모두 1 kΩ으로 줄였다. 그 결과 Gain은 같지만 입력 신호의 크기가 달라져 출력 전압이 다르게 나왔다. Non-Inverting Amplifier는 입력 신호가 Op Amp의 (+) 단자로 들어가므로 R1의 크기에 영향을 받지 않는다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 센서 출력 신호 증폭

센서 출력 신호 증폭은 매우 중요한 전자 회로 설계 기술입니다. 센서에서 출력되는 신호는 일반적으로 매우 작기 때문에, 이를 증폭하여 후단 회로에서 효과적으로 사용할 수 있도록 하는 것이 필요합니다. 증폭기 설계 시 고려해야 할 사항으로는 입력 임피던스, 이득, 주파수 특성, 잡음 특성 등이 있습니다. 이를 적절히 설계하여 센서 신호를 효과적으로 증폭할 수 있도록 하는 것이 중요합니다.
2. Inverting Amplifier 설계

Inverting Amplifier는 입력 신호를 반전시켜 증폭하는 회로입니다. 이 회로는 입력 임피던스가 낮고 출력 임피던스가 높은 특성을 가지고 있어, 센서와 같은 낮은 출력 임피던스 소스와 연결하기에 적합합니다. 또한 간단한 구조로 인해 안정적이고 신뢰성 있는 증폭기 설계가 가능합니다. 하지만 입력 신호가 반전된다는 점을 고려해야 하며, 이득 설정을 위한 저항 값 선정이 중요합니다.
3. Non-Inverting Amplifier 설계

Non-Inverting Amplifier는 입력 신호를 반전시키지 않고 증폭하는 회로입니다. 이 회로는 입력 임피던스가 높고 출력 임피던스가 낮은 특성을 가지고 있어, 고임피던스 소스와 연결하기에 적합합니다. 또한 입력 신호가 반전되지 않기 때문에 신호 처리 과정에서 편리할 수 있습니다. 하지만 Inverting Amplifier에 비해 이득 설정이 복잡하며, 입력 오프셋 전압 등의 문제를 고려해야 합니다.
4. Frequency Response 분석

증폭기의 주파수 응답 특성은 매우 중요한 설계 요소입니다. 주파수 응답 분석을 통해 증폭기의 대역폭, 게인 특성, 위상 특성 등을 확인할 수 있습니다. 이를 통해 증폭기가 특정 주파수 대역에서 원하는 성능을 발휘할 수 있도록 설계할 수 있습니다. 또한 주파수 응답 특성은 증폭기의 안정성과도 밀접한 관련이 있어, 이를 고려한 설계가 필요합니다.
5. 입력 임피던스 분석

증폭기의 입력 임피던스는 매우 중요한 설계 요소입니다. 입력 임피던스가 낮으면 소스 임피던스와 부정합으로 인해 신호 왜곡이 발생할 수 있으며, 입력 임피던스가 높으면 외부 노이즈에 취약해질 수 있습니다. 따라서 증폭기 설계 시 입력 임피던스를 적절히 선정하는 것이 중요합니다. 이를 위해 트랜지스터 또는 연산 증폭기의 특성을 이해하고, 입력 임피던스에 영향을 미치는 요소들을 고려해야 합니다.

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