A+ 전자회로설계실습_Op Amp를 이용한 다양한 Amplifier 설계

문서 내 토픽

1. 센서 측정 및 등가회로

센서의 출력신호가 주파수 2 KHz의 정현파이고, 오실로스코프로 직접 측정한 결과 peak to peak 전압이 200 ㎷이었다. 센서의 부하로 10 KΩ 저항을 연결한 후 10 KΩ 저항에 걸리는 전압을 측정하였더니 peak to peak 전압이 100 mV이었다. 이를 통해 센서의 Thevenin 등가회로를 구할 수 있으며, Thevenin 전압은 200mV, 내부저항은 10kΩ임을 알 수 있다. 따라서 센서의 Thevenin 등가회로를 Function generator와 저항으로 구현하려면 Function generator의 출력을 주파수 2kHz의 정현파, peak to peak 전압을 200mV로 설정하면 된다.
2. Inverting Amplifier 설계 및 시뮬레이션

센서의 출력을 증폭하여 1 Vpp의 출력을 내는 Inverting amplifier를 설계하였다. 설계 과정에서 신호원의 전압값인 200mVpp를 5배 증폭하기 위해 저항 R1을 약 10kΩ, R2를 약 100kΩ으로 설정하였다. PSPICE 시뮬레이션 결과 목표 출력전압과 거의 같은 값을 보였으나 근소한 오차가 발생하였는데, 이는 시뮬레이션 시 시간간격이 촘촘하지 못했기 때문으로 예상된다. 주파수 특성 분석 결과 약 793.2kHz에서 입력전압과 출력전압이 같아졌으며, 이는 Op amp의 gain이 감소하여 1이 되었음을 의미한다. Op amp는 낮은 주파수에서 일정한 closed-loop-gain을 가지지만 100kHz 이상에서 gain이 점점 감소한다.
3. Non-Inverting Amplifier 설계 및 시뮬레이션

센서의 출력을 증폭하여 1 Vpp의 출력을 내는 Non-Inverting amplifier를 설계하였다. 설계 과정에서 가변저항 R1을 2.47Ω, R2를 10kΩ으로 설정하였다. PSPICE 시뮬레이션 결과 목표 출력전압과 거의 같은 값을 보였으나 근소한 오차가 발생하였는데, 이는 시뮬레이션 시 시간간격이 촘촘하지 못했기 때문으로 예상된다. 주파수 특성 분석 결과 약 940.6kHz에서 입력전압과 출력전압이 같아졌으며, 이는 Op amp의 gain이 감소하여 1이 되었음을 의미한다. Op amp는 낮은 주파수에서 일정한 closed-loop-gain을 가지지만 100kHz 이상에서 gain이 점점 감소한다. 또한 센서의 출력전압이 6Vpp를 초과하면 Op amp의 power supply 범위를 벗어나 saturation이 발생하여 왜곡이 나타났다.
4. Inverting Amplifier와 Non-Inverting Amplifier 비교

Inverting, non-inverting 증폭기 중에서 non-inverting amplifier를 선호한다. 출력신호의 위상 반전과 입력신호의 내부저항을 고려하지 않고 원하는 증폭도를 얻는 회로를 설계할 수 있기 때문이다.
5. Summing Amplifier 설계 및 시뮬레이션

V1의 출력저항이 2 KΩ, 주파수가 2 KHz, 크기가 1 V, V2의 출력저항이 10 K Ω, 주파수가 4 KΩ, 크기가 0.5 V일 때, 출력이 10×V1-V2가 되도록 하는 Summing Amplifier 회로를 설계하였다. 이를 위해 V1을 첫 번째 inverting amplifier의 입력으로 하고, 그 amplifier의 출력을 V2와 함께 두 번째 inverting amplifier와 직렬로 연결하는 회로를 구현하였다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 센서 측정 및 등가회로

센서 측정 및 등가회로는 전자공학 분야에서 매우 중요한 주제입니다. 센서는 물리량을 전기적 신호로 변환하는 장치로, 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. 등가회로는 센서의 동작 원리를 이해하고 분석하는 데 필수적입니다. 센서의 특성을 정확히 파악하고 등가회로를 통해 센서의 동작을 모델링할 수 있다면, 센서 시스템의 설계와 분석이 용이해질 것입니다. 또한 센서 신호의 처리와 보정 등에도 도움이 될 것입니다. 따라서 센서 측정 및 등가회로에 대한 깊이 있는 이해가 필요하며, 이를 통해 전자공학 분야의 발전에 기여할 수 있을 것입니다.
2. Inverting Amplifier 설계 및 시뮬레이션

Inverting Amplifier는 전자공학에서 매우 중요한 회로 중 하나입니다. 이 증폭기는 입력 신호를 반전시켜 출력하는 특성을 가지고 있어, 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. Inverting Amplifier의 설계 및 시뮬레이션은 회로의 동작 원리를 이해하고 성능을 최적화하는 데 필수적입니다. 회로 설계 시 이득, 입력 임피던스, 출력 임피던스 등의 특성을 고려해야 하며, 시뮬레이션을 통해 실제 동작을 예측할 수 있습니다. 이를 통해 Inverting Amplifier의 성능을 향상시키고 다양한 응용 분야에 적용할 수 있을 것입니다. 따라서 Inverting Amplifier의 설계 및 시뮬레이션에 대한 깊이 있는 이해가 필요하며, 이는 전자공학 분야의 발전에 기여할 수 있을 것입니다.
3. Non-Inverting Amplifier 설계 및 시뮬레이션

Non-Inverting Amplifier는 Inverting Amplifier와 함께 전자공학에서 매우 중요한 회로 중 하나입니다. Non-Inverting Amplifier는 입력 신호를 반전시키지 않고 증폭하는 특성을 가지고 있어, 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. Non-Inverting Amplifier의 설계 및 시뮬레이션은 회로의 동작 원리를 이해하고 성능을 최적화하는 데 필수적입니다. 회로 설계 시 이득, 입력 임피던스, 출력 임피던스 등의 특성을 고려해야 하며, 시뮬레이션을 통해 실제 동작을 예측할 수 있습니다. 이를 통해 Non-Inverting Amplifier의 성능을 향상시키고 다양한 응용 분야에 적용할 수 있을 것입니다. 따라서 Non-Inverting Amplifier의 설계 및 시뮬레이션에 대한 깊이 있는 이해가 필요하며, 이는 전자공학 분야의 발전에 기여할 수 있을 것입니다.
4. Inverting Amplifier와 Non-Inverting Amplifier 비교

Inverting Amplifier와 Non-Inverting Amplifier는 전자공학에서 매우 중요한 두 가지 증폭기 회로입니다. 이 두 증폭기는 입력 신호에 대한 출력 신호의 극성이 다르다는 점에서 차이가 있습니다. Inverting Amplifier는 입력 신호를 반전시켜 출력하는 반면, Non-Inverting Amplifier는 입력 신호를 반전시키지 않고 증폭합니다. 이러한 차이로 인해 두 증폭기는 각각 다른 응용 분야에서 활용됩니다. 따라서 Inverting Amplifier와 Non-Inverting Amplifier의 특성을 비교하고 이해하는 것은 전자공학 분야에서 매우 중요합니다. 이를 통해 회로 설계 및 분석 능력을 향상시킬 수 있으며, 다양한 응용 분야에 적용할 수 있을 것입니다.
5. Summing Amplifier 설계 및 시뮬레이션

Summing Amplifier는 전자공학에서 매우 유용한 회로 중 하나입니다. 이 증폭기는 여러 개의 입력 신호를 합산하여 하나의 출력 신호를 생성합니다. Summing Amplifier의 설계 및 시뮬레이션은 회로의 동작 원리를 이해하고 성능을 최적화하는 데 필수적입니다. 회로 설계 시 입력 신호의 크기, 가중치, 입력 임피던스, 출력 임피던스 등의 특성을 고려해야 하며, 시뮬레이션을 통해 실제 동작을 예측할 수 있습니다. 이를 통해 Summing Amplifier의 성능을 향상시키고 다양한 응용 분야에 적용할 수 있을 것입니다. 따라서 Summing Amplifier의 설계 및 시뮬레이션에 대한 깊이 있는 이해가 필요하며, 이는 전자공학 분야의 발전에 기여할 수 있을 것입니다.

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