전자전기컴퓨터설계1 결과보고서 7주차

문서 내 토픽

1. 연산증폭기(OP amp)

연산증폭기(OP amp : Operational Amplifier)는 덧셈, 곱셈, 뺄셈, 나눗셈의 수학적인 연산의 기능을 수행할 수 있도록 만들어진 고 이득 직렬증폭기로, 신호처리, 컴퓨터, 통신, 신호발생장치 및 측정장치 등 다양한 종류의 전자 회로에서 중요한 구성 요소(building block)로 사용되고 있다. 이상적인 연산증폭기는 전압이득이 무한대, 입력저항이 무한대, 출력저항이 0, 주파수대역이 0~무한대이다. 연산 증폭기의 최대 장점은 외부에서의 저항, 콘덴서등의 소자로 부귀환을 걸어서 가·감산, 적분과 미분 등의 아날로그 연산을 빠르고 정확하게 할 수 있다는 것이다.
2. 반전 증폭기

반전 증폭기란 무유저항이 거꾸로 연결되어 있다. 비반전입력(＋)입력)은 그라운드와직접 접지되어 있고, 입력신호는 입력저항인 R1을 거쳐 전달된다. 출력전압은 입력전압에 대해 역위상, 즉 부호가 다르므로 결합저항 R2를 거쳐 귀환되는 신호도 입력신호에 대해 반대가 된다. 반전 증폭기의 구조와 특징으로는 가상단락(op-amp에 부궤환을 걸면 나타나는 현상. 반전입력단자와 비반전 단자의 전위가 같아지도록 조정이된다.) 상태이므로 ?v+=?v?=0 이고, ??Ri=∞ 이므로 ?i+=?i?=0이며, 출력전압 ?V0는 입력전압 ??Vs와 반대의 부호를 가지며 증폭율은 (??R2/?R1)이다.
3. 비반전 증폭기

비반전 증폭기는 입력 전위와 출력전위가 다르지 않고 같은 극성을 띤다. 전압 이득이 1보다 크고 동작 주파수의 대역이 크다는 장점이 있다. 또, 입력 임피던스가 크다는 특징이 있다. 비반전 증폭기의 구조와 특징으로는 이상적인 op-amp에서는 ?v+=?v?=0 이고, ??Ri=∞ 이므로 ?i+=?i?=0 따라서 ??is=0, ?v+=?v?=?vi?이며, 출력전압 ?V0는 입력전압 ??Vi와 부호가 같고 증폭율은 (1+?R2/?R1)이며 항상 1보다 크다.
4. 미분기

미분기란 증폭 연산기중의 하나이다. 적분기와는 반대로 궤환 임피던스에 저항을 사용하고, 주어진 전압의 미분값에 비례하는 전압을 얻는 것을 목적으로 한다. 미분기의 구조와 특징으로는 반전입력 단자에 대하여 Kirchhoff's law 를 적용하면, i(s)?+i(f)??=0, i(s)=C dVs/dt, i(f)=V(0)/R(f)이며, V0(t)=-RfCs dVs/dt로 출력전압이 입력전압의 미분에 비례한다. R(f)C(s)는 미분시간상수, 미분기 이득이다.
5. 적분기

적분기란 op-amp의 계산 회로의 하나로, 주어진 전압의 적분값을 출력하는 것을 말한다. 적분기의 구조와 특징으로는 반전입력 단자에 대하여 Kirchhoff's current law를 적용하면, i_s +i_f =0, i_s =V_s R_s, i_f =C_f dV_0/dt이며, dV_0/dt =-Vs/(Rs Cf), v_0(t)=-1/(Rs Cf) int_t0^t v_s(tau)dtau+v_0(t_0)이다. 실제 회로에 항상 존재하는 잡음이 시간에 대해 적분되므로 출력전압은 양, 또는 음의 방향으로 증가하며 시간이 지나면 전원전압으로 포화되게 된다(드리프트현상).
6. 전압팔로워

전압팔로워의 구조와 특징으로는 연산증폭기의 출력 단자를 직접 반전 입력 단자에 연결한다. 결과적으로, 출력이 입력으로 되돌아간다. 출력전압 = 입력전압이며, 증폭비가 1인 반전증폭기이다. 부하효과를 없애고, 부하에 온전한 입력전압을 전달한다. 두 회로를 분리하는 데 사용하므로 분리기 또는 버퍼라고도 한다. 입력 임피던스(impedance)가 매우 큰 '버퍼'이며, 신호의 왜곡 방지를 위해, 신호원의 출력전류가 매우 미약할 경우나 신호선이 매우 긴 경우에 사용한다.
7. 반전가산기

반전가산기의 구조와 특징으로는 반전증폭기에 두 개 이상의 입력이 인가되면 반전가산기로 동작한다. 두 신호의 전압 값을 더해주는 역할을 한다. 두 개 이상의 입력도 가능하며, 한쪽 입력이 음수인 경우에도 가능하다. i_F =i_1 +i_2 +i_3 = v_I1/R1 + v_I2/R2 + v_I3/R3이며, v_0 =-R_F i_F =-( R_F/R_1 v_I`1 + R_F/R_2 v_I`2 + R_F/R_3 v_I`3` )이다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 연산증폭기(OP amp)

연산증폭기(OP amp)는 전자 회로에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이는 매우 높은 입력 임피던스와 매우 낮은 출력 임피던스를 가지고 있어 다양한 회로에 활용될 수 있습니다. 연산증폭기는 신호 증폭, 필터링, 적분, 미분 등 다양한 기능을 수행할 수 있어 아날로그 회로 설계에 필수적인 요소입니다. 또한 연산증폭기는 피드백 회로를 통해 정밀한 제어가 가능하며, 이를 통해 안정적이고 정확한 회로 동작을 구현할 수 있습니다. 따라서 연산증폭기는 전자 회로 설계에 있어 매우 중요한 부품이라고 할 수 있습니다.
2. 반전 증폭기

반전 증폭기는 연산증폭기를 이용하여 구현할 수 있는 기본적인 회로 중 하나입니다. 반전 증폭기는 입력 신호와 반대 위상의 출력 신호를 생성하는 회로로, 입력 신호의 크기를 조절할 수 있습니다. 이를 통해 신호의 크기를 증폭하거나 감쇄시킬 수 있습니다. 반전 증폭기는 다양한 응용 분야에서 활용되는데, 대표적으로 오디오 증폭기, 센서 신호 처리, 제어 시스템 등에 사용됩니다. 또한 반전 증폭기는 연산증폭기의 기본적인 동작 원리를 이해하는 데 도움이 되며, 더 복잡한 회로 설계의 기초가 됩니다. 따라서 반전 증폭기는 전자 회로 설계에 있어 매우 중요한 회로 구조라고 할 수 있습니다.
3. 비반전 증폭기

비반전 증폭기는 연산증폭기를 이용하여 구현할 수 있는 또 다른 기본적인 회로 중 하나입니다. 비반전 증폭기는 입력 신호와 동일한 위상의 출력 신호를 생성하는 회로로, 입력 신호의 크기를 조절할 수 있습니다. 이를 통해 신호의 크기를 증폭하거나 감쇄시킬 수 있습니다. 비반전 증폭기는 반전 증폭기와 달리 입력 신호와 출력 신호의 위상이 같기 때문에, 신호의 극성을 유지하면서 증폭할 수 있습니다. 비반전 증폭기는 버퍼 증폭기, 전압 팔로워, 전압 분배기 등 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. 또한 비반전 증폭기는 연산증폭기의 기본적인 동작 원리를 이해하는 데 도움이 되며, 더 복잡한 회로 설계의 기초가 됩니다. 따라서 비반전 증폭기는 전자 회로 설계에 있어 매우 중요한 회로 구조라고 할 수 있습니다.
4. 미분기

미분기는 연산증폭기를 이용하여 구현할 수 있는 회로 중 하나로, 입력 신호의 미분 값을 출력으로 생성합니다. 이를 통해 입력 신호의 변화율을 측정할 수 있습니다. 미분기는 다양한 응용 분야에서 활용되는데, 대표적으로 속도 검출, 가속도 측정, 엣지 검출 등에 사용됩니다. 또한 미분기는 제어 시스템, 신호 처리, 이미지 처리 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다. 미분기는 연산증폭기의 기본적인 동작 원리를 이해하는 데 도움이 되며, 더 복잡한 회로 설계의 기초가 됩니다. 따라서 미분기는 전자 회로 설계에 있어 매우 중요한 회로 구조라고 할 수 있습니다.
5. 적분기

적분기는 연산증폭기를 이용하여 구현할 수 있는 회로 중 하나로, 입력 신호의 적분 값을 출력으로 생성합니다. 이를 통해 입력 신호의 누적 값을 측정할 수 있습니다. 적분기는 다양한 응용 분야에서 활용되는데, 대표적으로 속도 측정, 위치 측정, 필터링 등에 사용됩니다. 또한 적분기는 제어 시스템, 신호 처리, 이미지 처리 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다. 적분기는 연산증폭기의 기본적인 동작 원리를 이해하는 데 도움이 되며, 더 복잡한 회로 설계의 기초가 됩니다. 따라서 적분기는 전자 회로 설계에 있어 매우 중요한 회로 구조라고 할 수 있습니다.
6. 전압팔로워

전압팔로워는 연산증폭기를 이용하여 구현할 수 있는 회로 중 하나로, 입력 신호와 동일한 전압을 출력으로 생성합니다. 이를 통해 입력 신호의 전압을 그대로 유지하면서 부하 전류를 공급할 수 있습니다. 전압팔로워는 매우 높은 입력 임피던스와 매우 낮은 출력 임피던스를 가지고 있어, 입력 신호에 영향을 미치지 않고 부하를 구동할 수 있습니다. 전압팔로워는 버퍼 증폭기, 센서 신호 처리, 전압 분배기 등 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. 또한 전압팔로워는 연산증폭기의 기본적인 동작 원리를 이해하는 데 도움이 되며, 더 복잡한 회로 설계의 기초가 됩니다. 따라서 전압팔로워는 전자 회로 설계에 있어 매우 중요한 회로 구조라고 할 수 있습니다.
7. 반전가산기

반전가산기는 연산증폭기를 이용하여 구현할 수 있는 회로 중 하나로, 여러 개의 입력 신호를 합산하여 반전된 출력 신호를 생성합니다. 이를 통해 다양한 신호를 하나의 출력으로 결합할 수 있습니다. 반전가산기는 신호 처리, 제어 시스템, 연산 회로 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 또한 반전가산기는 연산증폭기의 기본적인 동작 원리를 이해하는 데 도움이 되며, 더 복잡한 회로 설계의 기초가 됩니다. 따라서 반전가산기는 전자 회로 설계에 있어 매우 중요한 회로 구조라고 할 수 있습니다.

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