전자회로실험 과탑 A+ 예비 보고서 (실험 22 연산 증폭기 특성)

문서 내 토픽

1. 연산 증폭기 특성

이번 실험에서는 연산 증폭기의 전압 이득, 입력 저항, 출력 저항, 대역폭, 옵셋 전압, 슬루율 등 기본적인 성능 파라미터들을 익히고 실험을 통해서 측정하여, 이를 바탕으로 연산 증폭기를 이용한 응용 회로를 설계할 수 있는 능력을 배양하고자 한다.
2. 연산 증폭기의 이상적인 특성

op-amp의 이상적인 조건에서는 입력 임피던스가 무한대이므로 입력 단자로 전류가 흐르지 않고, 출력 저항이 0이어서 출력 전압이 외부 부하에 영향을 받지 않는다. 또한 op-amp의 이득이 매우 크므로 입력 전압 차이가 아주 작아도 높은 출력 전압을 생성할 수 있다.
3. 연산 증폭기의 공통 모드 전압 범위

실험 절차 1에서는 연산 증폭기의 입력 공통 모드 전압 범위를 구하였다. 입력의 공통 모드 전압을 변화시키면서, 연산 증폭기의 DC 전류가 일정하게 흐르고 출력의 공통 모드 전압이 일정하게 유지되는 범위를 찾았다.
4. 연산 증폭기의 입력 및 출력 스윙 레벨

실험 절차 2에서는 연산 증폭기의 입력 및 출력 스윙 레벨을 구하였다. 음의 입력 단자에는 입력 공통 모드 전압 범위의 중간값에 해당되는 공통 모드 전압을 인가하고, 양의 단자에는 10kHz 주파수 사인파의 크기를 10mV ~ 10V까지 10mV 단위로 증가시키면서 출력의 크기 및 파형을 관찰하였다.
5. 연산 증폭기의 공통 모드 전압 이득

실험 절차 3에서는 공통 모드 전압 이득을 구하기 위해 연산 증폭기의 두 입력을 공통 모드 전압에 묶고, 10kHz의 사인파를 입력한 후 주파수를 바꾸면서 출력을 측정하여 이득을 구하였다.
6. 연산 증폭기의 차동 모드 전압 이득

실험 절차 4에서는 입력의 공통 모드 전압을 중심으로 10kHz 정현파 차동 입력 신호를 인가하되, 크기를 0.01~ 0.1V까지 증가시키면서 출력 전압과 차동 모드 전압 이득을 측정하고 보드 선도를 그렸다.
7. 연산 증폭기의 공통 모드 제거비(CMRR)

실험 절차 6에서는 실험 절차 3에서 구한 공통 모드 전압 이득과 실험 절차 4에서 구한 차동 이득을 바탕으로 공통 모드 제거비(CMRR)을 구하였다.
8. 연산 증폭기의 오프셋 전압

실험 절차 7에서는 연산 증폭기의 오프셋을 측정하기 위해 음의 입력 단자를 공통 모드 전압으로 두고, 양의 입력 단자 전압을 공통 모드 전압 부근에서 조정하여 출력 쪽의 전류가 0이 되는 전압을 측정하였다.
9. 연산 증폭기의 슬루율

실험 절차 1에서는 실험회로 2와 같이 회로를 구성하고, 입력 전압의 스텝 입력을 인가하되 스텝의 크기를 10mV ~ 10V까지 증가시키면서 출력 파형을 관찰하여 슬루율을 측정하였다.
10. 연산 증폭기의 데이터시트 파라미터

예비 보고 사항 (1)에서는 실험에 사용할 연산 증폭기의 데이터시트를 참고하여 전압 이득, 입력 전압 스윙 레벨, 공통 모드 제거비, 출력 임피던스, 슬루율, 단위 이득 주파수, 공통 모드 입력 전압 범위, 출력 전압 스윙 레벨, 입력 임피던스, 오프셋 전압, 대역폭 등의 파라미터를 확인하였다.
11. 연산 증폭기 특성 측정 방법

예비 보고 사항 (2)에서는 실험회로 1에서 각 파라미터들을 측정하기 위한 방법을 설명하였다. 전압 이득, 입력 전압 스윙 레벨, 공통 모드 제거비, 출력 임피던스, 슬루율, 공통 모드 입력 전압 범위, 출력 전압 스윙 레벨, 입력 임피던스, 오프셋 전압, 대역폭 등의 측정 방법을 기술하였다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 연산 증폭기 특성

연산 증폭기는 전자 회로에서 매우 중요한 역할을 하는 핵심 소자입니다. 연산 증폭기의 주요 특성으로는 이득, 입력 오프셋 전압, 공통 모드 제거비, 슬루율 등이 있습니다. 이러한 특성들은 연산 증폭기의 성능을 결정하는 중요한 요소이며, 회로 설계 시 고려해야 할 사항입니다. 연산 증폭기의 특성을 정확히 이해하고 활용하는 것은 전자 회로 설계에 있어 필수적입니다.
2. 연산 증폭기의 이상적인 특성

이상적인 연산 증폭기는 무한대의 입력 임피던스, 0의 출력 임피던스, 무한대의 개루프 이득, 무한대의 공통 모드 제거비, 0의 입력 오프셋 전압, 무한대의 대역폭, 무한대의 슬루율 등의 특성을 가집니다. 하지만 실제 연산 증폭기는 이러한 이상적인 특성을 완벽히 구현하기 어렵습니다. 따라서 회로 설계 시 연산 증폭기의 실제 특성을 고려하여 적절한 설계 방법을 선택해야 합니다. 이를 통해 회로의 성능을 최적화할 수 있습니다.
3. 연산 증폭기의 공통 모드 전압 범위

연산 증폭기의 공통 모드 전압 범위는 입력 단자에 인가될 수 있는 최대 및 최소 전압 범위를 의미합니다. 이 범위를 벗어나면 연산 증폭기가 정상적으로 동작하지 않을 수 있습니다. 공통 모드 전압 범위는 연산 증폭기의 전원 전압, 입력 단자의 바이어스 전압, 출력 단자의 스윙 범위 등에 의해 결정됩니다. 회로 설계 시 연산 증폭기의 공통 모드 전압 범위를 고려하여 입력 신호 레벨을 적절히 조절해야 합니다.
4. 연산 증폭기의 입력 및 출력 스윙 레벨

연산 증폭기의 입력 및 출력 스윙 레벨은 각각 입력 단자와 출력 단자에서 허용되는 최대 및 최소 전압 범위를 의미합니다. 입력 스윙 레벨은 연산 증폭기의 공통 모드 전압 범위와 관련이 있으며, 출력 스윙 레벨은 연산 증폭기의 전원 전압과 부하 조건에 따라 달라집니다. 회로 설계 시 연산 증폭기의 입력 및 출력 스윙 레벨을 고려하여 적절한 전압 범위로 신호를 처리해야 합니다.
5. 연산 증폭기의 공통 모드 전압 이득

연산 증폭기의 공통 모드 전압 이득은 입력 단자에 공통 모드 신호가 인가될 때 출력 단자에 나타나는 전압 변화를 의미합니다. 이상적인 연산 증폭기는 공통 모드 전압 이득이 0이어야 하지만, 실제 연산 증폭기는 완벽하지 않기 때문에 일정 수준의 공통 모드 전압 이득이 존재합니다. 회로 설계 시 연산 증폭기의 공통 모드 전압 이득을 고려하여 회로의 성능을 최적화해야 합니다.
6. 연산 증폭기의 차동 모드 전압 이득

연산 증폭기의 차동 모드 전압 이득은 입력 단자에 차동 모드 신호가 인가될 때 출력 단자에 나타나는 전압 변화를 의미합니다. 이상적인 연산 증폭기는 차동 모드 전압 이득이 매우 크지만, 실제 연산 증폭기는 제한된 이득을 가집니다. 회로 설계 시 연산 증폭기의 차동 모드 전압 이득을 고려하여 회로의 성능을 최적화해야 합니다.
7. 연산 증폭기의 공통 모드 제거비(CMRR)

연산 증폭기의 공통 모드 제거비(CMRR)는 차동 모드 전압 이득과 공통 모드 전압 이득의 비율을 나타내는 지표입니다. CMRR이 높을수록 공통 모드 신호에 대한 영향이 작아지므로, 회로의 성능이 향상됩니다. 회로 설계 시 연산 증폭기의 CMRR을 고려하여 공통 모드 신호에 의한 오차를 최소화할 수 있습니다.
8. 연산 증폭기의 오프셋 전압

연산 증폭기의 오프셋 전압은 이상적으로 0이어야 하지만, 실제로는 제조 공정상의 오차로 인해 일정 수준의 오프셋 전압이 존재합니다. 이 오프셋 전압은 회로의 정확도에 영향을 미치므로, 회로 설계 시 이를 고려하여 보상 회로를 구현하거나 오프셋 조정 기능을 활용해야 합니다. 또한 온도 변화에 따른 오프셋 전압의 변화도 고려해야 합니다.
9. 연산 증폭기의 슬루율

연산 증폭기의 슬루율은 출력 전압이 변화할 수 있는 최대 속도를 나타내는 지표입니다. 슬루율이 낮은 연산 증폭기는 빠른 신호 변화에 대응하기 어려우므로, 회로 설계 시 이를 고려해야 합니다. 특히 고속 회로나 고주파 회로에서는 연산 증폭기의 슬루율이 중요한 성능 지표가 됩니다. 회로 설계 시 연산 증폭기의 슬루율을 고려하여 적절한 소자를 선택해야 합니다.
10. 연산 증폭기의 데이터시트 파라미터

연산 증폭기의 데이터시트에는 다양한 성능 지표들이 제공됩니다. 이러한 지표들은 연산 증폭기의 특성을 나타내며, 회로 설계 시 중요한 고려 사항이 됩니다. 데이터시트에 제공되는 주요 파라미터로는 입력 오프셋 전압, 입력 바이어스 전류, 입력 임피던스, 출력 임피던스, 개루프 이득, 공통 모드 제거비, 슬루율 등이 있습니다. 회로 설계 시 이러한 파라미터들을 면밀히 검토하여 적절한 연산 증폭기를 선택해야 합니다.
11. 연산 증폭기 특성 측정 방법

연산 증폭기의 특성을 정확히 측정하는 것은 회로 설계에 있어 매우 중요합니다. 연산 증폭기의 특성 측정 방법으로는 입력 오프셋 전압 측정, 입력 바이어스 전류 측정, 개루프 이득 측정, 공통 모드 제거비 측정, 슬루율 측정 등이 있습니다. 이러한 측정 방법을 통해 연산 증폭기의 실제 특성을 파악할 수 있으며, 이를 바탕으로 회로를 최적화할 수 있습니다. 정확한 측정을 위해서는 적절한 측정 장비와 측정 방법을 선택해야 합니다.

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