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Op Amp를 이용한 다양한 Amplifier 설계 및 실습
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[A+예비보고서] 설계실습 1. Op Amp를 이용한 다양한 Amplifier 설계
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2025.02.04
문서 내 토픽
  • 1. Inverting Amplifier 설계
    Inverting Amplifier는 Op Amp를 이용한 증폭기로, 출력이 입력과 반대 위상을 가진다. 이득은 Gain = -Rf/Ri 공식으로 계산되며, 센서의 200mV 출력을 1Vpp로 증폭하기 위해 5배의 이득이 필요하다. LM741 Op Amp를 사용하여 설계하며, 주파수 특성 분석 결과 약 796kHz에서 출력이 입력과 같아지고 고주파로 갈수록 이득이 감소하는 LPF 특성을 보인다.
  • 2. Non-Inverting Amplifier 설계
    Non-Inverting Amplifier는 입력과 같은 위상의 출력을 제공하며, 이득은 Gain = 1 + Rf/Ri 공식으로 계산된다. 동일한 1Vpp 출력을 위해 5배의 이득으로 설계되며, 약 940kHz에서 출력이 입력과 같아진다. Op Amp의 전원 공급 범위에 의해 입력전압이 3V를 초과하면 출력이 왜곡되는 포화 현상이 발생한다.
  • 3. 센서의 Thevenin 등가회로
    센서의 특성을 분석하기 위해 Thevenin 등가회로를 구성한다. 오실로스코프로 측정한 개방회로 전압 200mV와 10kΩ 부하 연결 시 100mV 측정값을 이용하여 센서의 내부저항을 계산한다. Function Generator와 저항으로 구현할 때 내부저항 50Ω을 고려하여 출력전압을 100mV로 설정해야 한다.
  • 4. Summing Amplifier 설계
    Summing Amplifier는 여러 입력신호를 합산하는 회로로, 출력이 10×V1-V2가 되도록 설계된다. V1은 2kΩ 출력저항, 2kHz 주파수, 1V 크기이고 V2는 10kΩ 출력저항, 4kHz 주파수, 0.5V 크기이다. 각 입력에 대한 저항값을 적절히 선택하여 원하는 가중합을 구현한다.
Easy AI와 토픽 톺아보기
  • 1. Inverting Amplifier 설계
    Inverting Amplifier는 op-amp 기반 회로 설계의 기초적이면서도 매우 실용적인 구성입니다. 입력 신호를 반전시키면서 증폭하는 특성으로 인해 신호 처리, 필터링, 그리고 신호 조건화 등 다양한 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 설계 시 피드백 저항의 비율로 이득을 정확히 제어할 수 있다는 점이 장점이며, 입력 임피던스가 낮다는 특성을 이해하고 활용하는 것이 중요합니다. 실제 op-amp의 대역폭 제한과 오프셋 전압 등의 비이상적 특성을 고려한 설계가 필수적입니다.
  • 2. Non-Inverting Amplifier 설계
    Non-Inverting Amplifier는 입력 신호의 위상을 유지하면서 증폭하는 회로로, 높은 입력 임피던스가 필요한 응용에 매우 적합합니다. 센서 신호 수집이나 고임피던스 소스의 신호 처리에 이상적이며, 입력 임피던스가 높아 신호원에 미치는 부하가 적다는 점이 큰 장점입니다. 설계 시 피드백 네트워크의 정확한 구성으로 원하는 이득을 얻을 수 있으며, 안정성과 주파수 응답 특성을 고려한 신중한 설계가 필요합니다.
  • 3. 센서의 Thevenin 등가회로
    Thevenin 등가회로는 복잡한 센서 회로를 단순화하여 분석하는 강력한 도구입니다. 센서의 개방회로 전압과 출력 임피던스를 파악함으로써 신호 처리 회로와의 인터페이싱을 효과적으로 설계할 수 있습니다. 실제 센서는 내부 임피던스를 가지고 있으므로, 이를 정확히 모델링하는 것이 신호 왜곡을 최소화하고 측정 정확도를 높이는 데 필수적입니다. 다양한 부하 조건에서 센서의 동작을 예측할 수 있다는 점에서 실무적 가치가 높습니다.
  • 4. Summing Amplifier 설계
    Summing Amplifier는 여러 입력 신호를 동시에 처리하여 가중합을 수행하는 다목적 회로입니다. 오디오 믹싱, 데이터 수집 시스템, 그리고 신호 처리 응용에서 매우 유용하게 활용됩니다. 각 입력 저항을 독립적으로 조정하여 각 신호의 가중치를 제어할 수 있다는 점이 설계의 유연성을 제공합니다. 다중 입력 처리 시 입력 임피던스 불일치와 신호 간 간섭을 고려한 신중한 설계가 필요하며, 정확한 저항값 선택이 출력 신호의 품질을 결정합니다.
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