[A+보고서]전자회로실험-연산증폭기(op amp)

문서 내 토픽

1. 연산 증폭기

연산 증폭기(operation amplifier)는 처음에는 이름대로 증폭과 가산, 감산, 미분, 적분 등의 연산을 수행하기 위해 만들어져 아날로그 컴퓨터에 이용되던 소자이다. 연산 증폭기가 하는 일은 두 입력 V_in1, V_in2의 '차이'를 '증폭'시켜 출력으로 내보내는 것이다. 이를 식으로 나타내면 V_out=A_o(V_in1-V_in2)이다. 여기서 A_0는 전압이득, 즉 전압 증폭도이며 이 연산 증폭기가 몇 배로 증폭을 하는지 나타낸 값이다. 기본적인 연산증폭기에 출력 신호의 일부를 다시 입력으로 넣어주는 되먹임을 적용하고, 축전기와 다이오드 등 여러 소자를 함께 사용하면서 연산 증폭기의 특성을 바꿀 수 있다.
2. 반전 증폭기

반전 증폭기는 연산 증폭기로 들어가는 두 입력 전압이 같아야 하므로 V=0이다. 연산증폭기의 입력 임피던스가 무한대이므로 모든 R1에 흐르는 전류는 R2에 흐르는 전류와 같다. 이를 정리하면 (V_in-0)/R1 = (0-V_out)/R2이고 전압이득은 -(R2/R1)=V_out/V_in이다. 실험 결과 입력전압의 약 10배가 증폭되어 반전되어 출력되는 것을 확인할 수 있었다.
3. 비반전 증폭기

비반전 증폭기는 연산 증폭기의 두 입력전압이 같으므로 V=V_in. 연산 증폭기의 입력임피던스가 매우 크므로 R1에 흐르는 전류는 R2에 흐르는 전류와 같다. 이를 정리하면 (0-V)/R1 = (V-V_out)/R2이고 전압이득은 (1+R2/R1)=V_out/V_in이다. 실험 결과 입력전압의 약 11배가 증폭되어 출력되는 것을 확인할 수 있었다.
4. 비교기

비교기는 V_+와 V_-값에 따라 출력전압의 방향이 바뀌는 연산증폭기이다. V_+ > V_-이면 출력전압이 양수이고 V_+ < V_-이면 출력전압이 음수가 된다. 이때 회로에 npn트랜지스터가 연결되어 있어 비교기의 출력전압이 양수일 때만 트랜지스터에 전류가 흘러 LED를 점등시킬 수 있다. 실험 결과 V_+의 위상이 바뀜에 따라 LED가 깜빡이는 것을 확인할 수 있었다.
5. 미분기

미분기는 연산 증폭기의 두 입력전압이 같으므로 V=0. 연산 증폭기의 입력임피던스가 매우 크므로 R1 흐르는 전류는 축전기에 흐르는 전류와 같다. 이를 정리하면 C*dV_in/dt = (0-V_out)/R1이고 출력 전압은 V_out=-RC*dV_in/dt이다. 실험 결과 삼각파가 단조 증가하고 단조 감소할 때 그 기울기에 부호가 바뀐 값(사각파)이 출력전압으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 연산 증폭기

연산 증폭기는 전자 회로에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이 장치는 입력 신호를 증폭하여 출력 신호를 생성하며, 이를 통해 신호 처리, 제어 시스템, 계측 장비 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 연산 증폭기의 주요 특징은 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스, 높은 전압 이득, 낮은 오프셋 전압 등입니다. 이러한 특성으로 인해 연산 증폭기는 정밀한 신호 처리와 제어가 필요한 애플리케이션에서 널리 사용됩니다. 또한 연산 증폭기는 피드백 회로를 통해 다양한 기능을 구현할 수 있어 전자 회로 설계에서 매우 유용한 장치라고 할 수 있습니다.
2. 반전 증폭기

반전 증폭기는 연산 증폭기의 대표적인 응용 회로 중 하나입니다. 이 회로는 입력 신호를 반전시켜 출력 신호를 생성하는 특징이 있습니다. 반전 증폭기는 주로 신호 처리, 제어 시스템, 계측 장비 등에서 사용되며, 입력 신호의 극성을 반전시켜 출력 신호를 생성하는 데 활용됩니다. 반전 증폭기의 주요 특징은 입력 신호와 출력 신호의 극성이 반대라는 점입니다. 이를 통해 신호 처리 과정에서 필요한 극성 변환을 쉽게 구현할 수 있습니다. 또한 반전 증폭기는 피드백 회로를 통해 다양한 기능을 구현할 수 있어 전자 회로 설계에서 매우 유용한 회로라고 할 수 있습니다.
3. 비반전 증폭기

비반전 증폭기는 연산 증폭기의 또 다른 대표적인 응용 회로입니다. 이 회로는 입력 신호를 반전시키지 않고 증폭하여 출력 신호를 생성하는 특징이 있습니다. 비반전 증폭기는 주로 신호 처리, 제어 시스템, 계측 장비 등에서 사용되며, 입력 신호의 극성을 유지하면서 출력 신호를 생성하는 데 활용됩니다. 비반전 증폭기의 주요 특징은 입력 신호와 출력 신호의 극성이 같다는 점입니다. 이를 통해 신호 처리 과정에서 필요한 극성 유지를 쉽게 구현할 수 있습니다. 또한 비반전 증폭기는 피드백 회로를 통해 다양한 기능을 구현할 수 있어 전자 회로 설계에서 매우 유용한 회로라고 할 수 있습니다.
4. 비교기

비교기는 전자 회로에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이 장치는 두 개의 입력 신호를 비교하여 출력 신호를 생성하며, 이를 통해 신호 처리, 제어 시스템, 계측 장비 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 비교기의 주요 특징은 빠른 응답 속도, 낮은 오프셋 전압, 높은 이득 등입니다. 이러한 특성으로 인해 비교기는 정밀한 신호 처리와 제어가 필요한 애플리케이션에서 널리 사용됩니다. 또한 비교기는 히스테리시스 기능을 통해 노이즈 제거 및 안정적인 동작을 구현할 수 있어 전자 회로 설계에서 매우 유용한 장치라고 할 수 있습니다.
5. 미분기

미분기는 전자 회로에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이 장치는 입력 신호의 변화율을 측정하여 출력 신호를 생성하며, 이를 통해 신호 처리, 제어 시스템, 계측 장비 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 미분기의 주요 특징은 빠른 응답 속도, 높은 정확도, 낮은 노이즈 등입니다. 이러한 특성으로 인해 미분기는 동적 특성 분석, 속도 제어, 가속도 측정 등 다양한 애플리케이션에서 널리 사용됩니다. 또한 미분기는 피드백 회로를 통해 다양한 기능을 구현할 수 있어 전자 회로 설계에서 매우 유용한 장치라고 할 수 있습니다.

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