본문내용
1. 능동 다이오드 회로 실험
1.1. 실험 개요
본 실험은 연산증폭기를 이용한 반파정류, 전파정류회로 및 피크값 검출회로들의 동작원리를 이해하고 이를 실험적으로 확인하는 것이다.
능동 다이오드 회로의 다양한 형태인 포화 능동 반파정류회로, 비포화 능동 반파정류회로, 능동 전파정류회로, 능동 피크값 검출회로 등의 동작 원리를 학습하고 이를 실험을 통해 검증한다.
또한 회로 설계 시뮬레이션을 진행하여 이론적 예측과 실험 결과를 비교하고 분석한다.
이를 통해 연산증폭기 기반의 능동 회로에 대한 이해도를 높이고 실험 능력을 향상시키는 것이 이번 실험의 주된 목적이다.
1.2. 실험 원리 학습
1.2.1. 능동 다이오드 회로
1.2.1.1. 포화 능동 반파정류회로
포화 능동 반파정류회로는 연산증폭기와 다이오드를 사용하여 구현된 회로이다. 이 회로에서 비반전 입력단자에 인가되는 입력전압 Vin이 양의 값을 가질 때, 연산증폭기의 출력은 양의 값을 가지게 된다. 따라서 다이오드 D가 도통상태에 놓이게 된다. 이때 연산증폭기는 전압 플로어 회로를 구성하게 되므로 다이오드 양단전압을 무시하면 입력전압과 거의 같은 전압이 출력단에 나타나게 된다.
반면, 입력전압 Vin이 음의 값을 가질 때 연산증폭기의 출력은 음의 값을 가지게 되어 다이오드 D는 차단상태가 된다. 이 경우 부하저항 R은 연산증폭기로부터 분리되어 출력전압 Vout은 0이 된다.
이러한 포화 능동 반파정류회로는 기존의 반파정류회로와 달리 입력전압의 진폭이 0.7V 이하라도 반파정류 작용이 가능하다. 그 이유는 연산증폭기의 개방루프 이득이 매우 크기 때문에 다이오드를 도통상태로 만들기 위한 최소 입력전압이 매우 작아지기 때문이다. 예를 들어 개방루프 이득이 100,000이라면 다이오드를 도통시키기 위한 입력전압은 0.7V/100,000 = 7μV 정도면 충분하다. 따라서 이 회로는 입력전압의 진폭이 작더라도 반파정류 동작을 할 수 있으며, 연산증폭기는 포화상태를 유지하게 된다.
1.2.1.2. 비포화 능동 반파정류회로
비포화 능동 반파정류회로는 연산증폭기를 포화시키지 않으면서 반파정류작용을 할 수 있는 회로이다. 이 회로의 동작원리를 살펴보면 다음과 같다.
먼저 입력전압 V_in이 양의 값을 가질 경우, 연산증폭기의 반전입력은 양의 값을 가지므로 연산증폭기의 출력은 음의 값이 된다. 이때 다이오드 D_1에는 역방향 바이어스가 걸리고, 다이오드 D_2는 순방향 바이어스가 걸리게 된다. 따라서 이 회로는 반전증폭기와 같은 동작을 하기 때문에 출력전압 V_out은 -(R_f/R_i)V_in이 된다.
다음으로 입력전압 V_in이 0일 경우, 반전증폭기의 이득을 1이 되도록 R_i=R_f으로 조정한다면 이 회로는 반파정류작용을 할 수 있게 된다. 또한, 이 회로는 연산증폭기의 반전증폭기 특성을 이용하면서 연산증폭기가 포화되지는 않기 때문에 비포화 능동 반파정류기라 부른다.
따라서 비포화 능동 반파정류회로는 연산증폭기의 반전증폭기 특성을 이용하여 양의 반주기에서는 출력전압이 입력전압의 부호가 반전된 형태로 나타나고, 음의 반주기에서는 출력전압이 0이 되는 반파정류 동작을 수행한다.
1.2.1.3. 능동 전파정류회로
능동 전파정류회로는 앞서 학습한 비포화 능동 반파정류회로와 반전 가산회로를 ...
1
2
3
4
5
6
7