(22년) 중앙대학교 전자전기공학부 전자회로설계실습 결과보고서 1. Op Amp를 이용한 다양한 Amplifier 설계

문서 내 토픽

• 1. Inverting Amplifier 설계

  Inverting Amplifier의 설계에서 5의 gain을 얻는 것을 목표로 회로를 설계하였다. Inverting Amplifier의 R2은 경험적 최댓값인 1MΩ으로 설계하였고 R1에 200kΩ을 사용했다. 출력전압은 1Vpp로 gain 5를 만족하였다. Inverting Amplifier의 3dB bandwidth는 149.5kHz, unit gain frequency는 706.83kHz로 측정하였다.

• 2. Non-Inverting Amplifier 설계

  Non-Inverting Amplifier 또한 gain 5를 얻는 것을 목표로 회로를 설계하였으며 R2은 1MΩ, R1은 250kΩ으로 설계하였다. 출력전압은 1Vpp로 gain 5를 만족했다. Non-Inverting Amplifier의 3dB bandwidth는 183.526kHz, unit gain frequency는 802kHz로 측정하였다.

• 3. Amplifier 출력 포화

  Inverting Amplifier와 Non-Inverting Amplifier 모두 Op Amp에 공급해주는 전압 이상으로 증폭되는 출력이 나오는 것이 불가능한 것을 실험을 통해 확인하였다. 두 증폭기 모두 gain을 5로 설계했으므로 3V를 넘어가는 입력을 인가했을 때 출력파형에 clipped region이 관찰되었다.

• 4. Inverting Amplifier 입력 임피던스

  Inverting Amplifier와 Non-Inverting Amplifer의 R1, R2의 값을 각각 로 줄이고 gain과 output voltage를 확인해 본 결과 두 Amplifier 모두 gain은 변함이 없었으나 Inverting Amplifier의 출력은 1Vpp에서 0.7Vpp로 줄었고, 이는 Inverting Amplifier의 Input impedance인 R1을 줄였기 때문에 load effect가 커져 출력전압이 낮아졌기 때문이다.

• 5. Non-Inverting Amplifier 입력 임피던스

  Non-Inverting Amplifier의 경우엔 Input impedance는 op amp의 input impedance로, R1과는 관계없기 때문에 R1과 R2를 모두 줄여도 출력전압이 동일하게 1Vpp를 유지했다.

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• 1. Inverting Amplifier 설계

  Inverting amplifier는 입력 신호를 반전시켜 출력하는 회로입니다. 이를 위해서는 부궤환 회로를 사용하여 증폭도를 조절할 수 있습니다. 증폭도는 입력 저항과 피드백 저항의 비율로 결정되며, 이를 통해 원하는 증폭도를 얻을 수 있습니다. 또한 입력 임피던스가 낮아 부하 영향을 최소화할 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해 Inverting amplifier는 신호 처리, 센서 증폭, 오디오 증폭 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

• 2. Non-Inverting Amplifier 설계

  Non-Inverting amplifier는 입력 신호를 반전시키지 않고 증폭하는 회로입니다. 이를 위해서는 부궤환 회로를 사용하여 증폭도를 조절할 수 있습니다. 증폭도는 1 + 피드백 저항/입력 저항으로 결정되며, 이를 통해 원하는 증폭도를 얻을 수 있습니다. 또한 입력 임피던스가 높아 부하 영향을 최소화할 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해 Non-Inverting amplifier는 버퍼 증폭기, 센서 증폭기, 오디오 증폭기 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

• 3. Amplifier 출력 포화

  Amplifier 출력 포화는 증폭기의 출력 전압이 최대 또는 최소 전압 레벨에 도달하여 더 이상 증폭이 되지 않는 현상입니다. 이는 증폭기의 전원 전압 범위를 초과하거나 입력 신호가 너무 큰 경우에 발생할 수 있습니다. 출력 포화는 증폭기의 선형성을 저하시키고 왜곡을 발생시킬 수 있습니다. 따라서 증폭기 설계 시 출력 포화를 방지하기 위해 적절한 전원 전압 및 입력 신호 크기를 선택해야 합니다. 또한 클리핑 회로 등을 사용하여 출력 포화를 제한할 수 있습니다.

• 4. Inverting Amplifier 입력 임피던스

  Inverting amplifier의 입력 임피던스는 매우 낮습니다. 이는 부궤환 회로에 의해 결정되며, 입력 저항과 피드백 저항의 비율에 따라 달라집니다. 낮은 입력 임피던스는 부하 영향을 최소화하고 신호 왜곡을 줄일 수 있습니다. 하지만 입력 신호 소스의 임피던스가 높은 경우 신호 감쇄가 발생할 수 있습니다. 따라서 Inverting amplifier 설계 시 입력 신호 소스의 임피던스를 고려하여 적절한 입력 저항을 선택해야 합니다. 또한 버퍼 증폭기 등을 사용하여 입력 임피던스를 높일 수 있습니다.

• 5. Non-Inverting Amplifier 입력 임피던스

  Non-Inverting amplifier의 입력 임피던스는 매우 높습니다. 이는 부궤환 회로에 의해 결정되며, 입력 저항과 피드백 저항의 비율에 따라 달라집니다. 높은 입력 임피던스는 부하 영향을 최소화하고 신호 왜곡을 줄일 수 있습니다. 또한 입력 신호 소스의 임피던스가 높은 경우에도 신호 감쇄가 발생하지 않습니다. 이러한 특성으로 인해 Non-Inverting amplifier는 버퍼 증폭기, 센서 증폭기, 오디오 증폭기 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 다만 입력 저항과 피드백 저항의 비율을 적절히 선택해야 원하는 증폭도를 얻을 수 있습니다.