Op Amp를 이용한 다양한 Amplifier 설계 결과보고서 중앙대학교 전자회로설계및실습

문서 내 토픽

1. Op Amp 증폭기 설계

Op Amp는 고입력 저항, 저출력 저항, 높은 개방 이득이 특징이며 +입력단자와 -입력단자간 전압차를 증폭시키는 기능을 지닌 증폭기이다. 실험을 통해 Inverting/non-Inverting Amplifier 설계를 수행하고 입출력 전압을 측정하여 이득을 계산하고 이론값과 비교하였다. 또한 입출력 전압이 동일할 때의 주파수를 측정하고 왜곡되기 전 출력파형을 측정하였다.
2. Inverting Amplifier 동작

Inverting Amplifier를 구현하고 입력전압과 출력전압을 측정하였다. 설계목표, PSPICE 결과, 측정결과 사이의 오차는 1.293%로 나타났으며, 오차의 원인으로는 오실로스코프의 내부 임피던스와 전원전압 또는 저항의 값이 정확하지 않았기 때문으로 분석되었다. 또한 입력 범위를 증가시켜 출력 전압이 왜곡되는 지점을 확인하고, 주파수 응답 특성을 측정하여 3dB 대역폭과 unit gain frequency를 구하였다.
3. Non-Inverting Amplifier 동작

Non-Inverting Amplifier를 구현하고 Inverting Amplifier와 유사한 실험을 수행하였다. 설계목표와 측정결과 사이의 오차는 입력이 4%, 출력이 5%이고, PSPICE 결과와 측정결과 사이의 오차는 입력이 0.8%, 출력이 2.1%로 나타났다. 이는 내부저항 및 OP-amp의 내부적 문제로 추정되나 무시할 수준의 오차라고 판단하였다. 주파수 응답 특성 측정 결과, 실험에서 812.6kHz, PSPICE에서 911.3kHz가 나와 10.83%의 오차가 발생하였다.

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1. Op Amp 증폭기 설계

Op Amp 증폭기 설계는 아날로그 회로 설계에서 매우 중요한 부분입니다. Op Amp는 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스, 높은 이득, 낮은 오프셋 전압 등의 특성을 가지고 있어 다양한 증폭기 회로에 활용될 수 있습니다. Op Amp 증폭기 설계 시 입력 오프셋 전압, 입력 바이어스 전류, 공통 모드 거부비, 전원 공급 전압 등의 사양을 고려해야 하며, 피드백 저항 및 커패시터 값 선정, 바이어스 회로 설계 등이 중요합니다. 또한 Op Amp의 동작 모드(반전, 비반전)에 따라 회로 구성이 달라지므로 이를 잘 이해하고 적용해야 합니다. 이를 통해 안정적이고 효율적인 Op Amp 증폭기 회로를 설계할 수 있습니다.
2. Inverting Amplifier 동작

Inverting Amplifier는 Op Amp의 대표적인 응용 회로 중 하나로, 입력 신호를 반전시켜 증폭하는 회로입니다. 이 회로는 입력 신호가 반전되어 출력되므로 위상이 180도 변경됩니다. 또한 입력 임피던스가 낮고 출력 임피던스가 높은 특성을 가지고 있습니다. Inverting Amplifier의 이득은 피드백 저항과 입력 저항의 비율로 결정되며, 이를 통해 원하는 이득을 쉽게 구현할 수 있습니다. 이 회로는 신호 처리, 필터링, 오디오 증폭기 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 회로 설계 시 입력 오프셋 전압, 바이어스 전류, 피드백 저항 등을 고려해야 하며, 안정적인 동작을 위해 적절한 보상 회로를 추가할 수 있습니다.
3. Non-Inverting Amplifier 동작

Non-Inverting Amplifier는 Op Amp의 또 다른 대표적인 응용 회로로, 입력 신호를 반전시키지 않고 증폭하는 회로입니다. 이 회로는 입력 신호와 출력 신호의 위상이 동일하며, 입력 임피던스가 높고 출력 임피던스가 낮은 특성을 가지고 있습니다. Non-Inverting Amplifier의 이득은 피드백 저항과 입력 저항의 비율로 결정되며, 이를 통해 원하는 이득을 쉽게 구현할 수 있습니다. 이 회로는 버퍼 증폭기, 전압 추종기, 전압 레귤레이터 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 회로 설계 시 입력 오프셋 전압, 바이어스 전류, 피드백 저항 등을 고려해야 하며, 안정적인 동작을 위해 적절한 보상 회로를 추가할 수 있습니다.