중앙대학교 전자회로설계실습 예비1. Op Amp를 이용한 다양한 Amplifier 설계 A+

문서 내 토픽

1. Thevenin 등가회로 구현

센서의 Thevenin 등가회로를 구하는 과정을 기술하고 PSPICE로 그려서 제출하였습니다. Thevenin 등가회로를 구현하기 위해 무부하 상태에서 단자 사이의 전압을 측정하여 Vth를 구하고, 10kΩ 저항을 연결했을 때 전압이 줄어든 것을 이용하여 Rth를 계산하였습니다.
2. Inverting Amplifier 설계 및 시뮬레이션

주파수가 2kHz인 센서의 출력을 증폭하여 1Vpp의 출력을 내는 Inverting Amplifier를 설계하였습니다. 설계 과정과 회로, PSPICE 출력파형을 제출하였습니다. 2kHz에서 목표 출력전압과 시뮬레이션 출력전압이 다른 이유는 OP-Amp 내부의 DC offset 전압 때문인 것으로 분석하였습니다. 또한 주파수 특성 시뮬레이션을 통해 출력전압과 입력전압이 같아지는 주파수가 약 772kHz임을 확인하였습니다.
3. Non-Inverting Amplifier 설계 및 시뮬레이션

주파수가 2kHz인 센서의 출력을 증폭하여 1Vpp의 출력을 내는 Non-Inverting Amplifier를 설계하였습니다. 설계 과정과 회로, PSPICE 출력파형을 제출하였습니다. 2kHz에서 목표 출력전압과 시뮬레이션 출력전압이 다른 이유는 OP-Amp 내부의 DC offset 전압 때문인 것으로 분석하였습니다. 또한 주파수 특성 시뮬레이션을 통해 출력전압과 입력전압이 같아지는 주파수가 약 924kHz임을 확인하였습니다.
4. Summing Amplifier 설계 및 시뮬레이션

V1의 출력저항이 2kΩ, 주파수가 2kHz, 크기가 1V, V2의 출력저항이 10kΩ, 주파수가 4kHz, 크기가 0.5V일 때, 출력이 10*V1 - V2가 되도록 하는 Summing Amplifier 회로를 설계하고 PSPICE 시뮬레이션 결과를 제출하였습니다.
5. Amplifier 비교 및 선호도

Inverting Amplifier와 Non-Inverting Amplifier를 비교하여, Non-Inverting Amplifier를 선호하는 이유를 입력신호와 출력신호의 위상이 동일하고, 입력 임피던스가 무한대에 가깝고 출력 임피던스가 0에 가까워 외부 회로에 대한 영향이 적어 정확한 출력을 유지할 수 있기 때문이라고 설명하였습니다.

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1. Thevenin 등가회로 구현

Thevenin 등가회로는 복잡한 회로를 간단한 등가회로로 변환하여 분석하는 데 매우 유용한 기술입니다. 이를 통해 회로의 입력 임피던스, 출력 전압, 출력 전류 등을 쉽게 계산할 수 있습니다. Thevenin 등가회로를 구현하기 위해서는 회로의 개방 전압과 단락 전류를 구해야 하며, 이를 통해 Thevenin 등가 전압과 등가 저항을 계산할 수 있습니다. 이 기술은 전자 회로 설계 및 분석에 필수적이며, 실제 회로 구현 시에도 매우 유용하게 활용될 수 있습니다.
2. Inverting Amplifier 설계 및 시뮬레이션

Inverting Amplifier는 입력 신호를 반전시켜 증폭하는 회로입니다. 이 회로는 부궤환 구조를 가지고 있어 입력 신호에 대한 출력 신호의 크기와 위상을 쉽게 제어할 수 있습니다. 설계 시에는 증폭도, 입력 임피던스, 출력 임피던스 등을 고려해야 하며, 시뮬레이션을 통해 회로의 동작을 확인할 수 있습니다. Inverting Amplifier는 다양한 응용 분야에서 활용되며, 특히 신호 처리 및 제어 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 따라서 이 회로의 설계 및 시뮬레이션 능력은 전자 공학 분야에서 매우 중요합니다.
3. Non-Inverting Amplifier 설계 및 시뮬레이션

Non-Inverting Amplifier는 입력 신호를 반전시키지 않고 증폭하는 회로입니다. 이 회로는 입력 임피던스가 높고 출력 임피던스가 낮아 부하에 대한 영향이 적다는 장점이 있습니다. 설계 시에는 증폭도, 입력 임피던스, 출력 임피던스 등을 고려해야 하며, 시뮬레이션을 통해 회로의 동작을 확인할 수 있습니다. Non-Inverting Amplifier는 버퍼 증폭기, 전압 추종기 등의 응용 분야에서 널리 사용되며, 전자 회로 설계에서 매우 중요한 회로 구조입니다. 따라서 이 회로의 설계 및 시뮬레이션 능력은 전자 공학 분야에서 필수적입니다.
4. Summing Amplifier 설계 및 시뮬레이션

Summing Amplifier는 여러 개의 입력 신호를 합산하여 출력으로 내보내는 회로입니다. 이 회로는 선형 시스템 설계, 신호 처리, 제어 시스템 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 설계 시에는 입력 신호의 크기, 입력 임피던스, 출력 임피던스, 증폭도 등을 고려해야 하며, 시뮬레이션을 통해 회로의 동작을 확인할 수 있습니다. Summing Amplifier는 복잡한 신호 처리 시스템을 구현하는 데 매우 유용하며, 전자 공학 분야에서 필수적인 회로 구조입니다. 따라서 이 회로의 설계 및 시뮬레이션 능력은 전자 공학 전문가에게 매우 중요합니다.
5. Amplifier 비교 및 선호도

Inverting Amplifier, Non-Inverting Amplifier, Summing Amplifier 등 다양한 증폭기 회로 구조가 있으며, 각각의 장단점이 있습니다. Inverting Amplifier는 입력 신호를 반전시키지만 입력 임피던스가 낮고 출력 임피던스가 높은 편입니다. Non-Inverting Amplifier는 입력 신호를 반전시키지 않고 입력 임피던스가 높으며 출력 임피던스가 낮습니다. Summing Amplifier는 여러 개의 입력 신호를 합산할 수 있지만 회로가 복잡합니다. 각 증폭기 회로는 응용 분야에 따라 선호도가 다를 수 있습니다. 예를 들어 버퍼 증폭기나 전압 추종기에는 Non-Inverting Amplifier가 적합하고, 신호 처리 및 제어 시스템에는 Summing Amplifier가 유용할 수 있습니다. 따라서 설계 목적과 요구 사항에 따라 적절한 증폭기 회로를 선택하는 것이 중요합니다.

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