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[2024/A+]서울시립대_전전설3_실험3_예비

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최초등록일 2025.03.10 최종저작일 2024.03
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[2024/A+]서울시립대_전전설3_실험3_예비
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    • 📊 OP Amp 회로 설계의 실용적인 예시와 시뮬레이션 결과 포함
    • 🛠️ 실험에 필요한 장비와 소자 목록을 명확하게 정리

    미리보기

    목차

    Ⅰ. 서론
    1. 실험 목적
    2. 배경 이론

    Ⅱ. 실험 장비 및 실험 방법

    Ⅲ. 예비보고서

    Ⅳ. 참고문헌

    본문내용

    I 서론 (Introduction)
    1. 실험 목적
    가) OP Amp의 데이터 시트를 구해 데이터 시트에 표시되는 성능의 이해
    나) OP Amp를 이용하여 3개의 입력신호에 대해 add하는 회로 설계
    다) OP Amp를 이용하여 2개의 입력신호에 대해 subtract하는 회로 설계

    2. 배경이론
    가) OP Amp
    1) OP Amp (Operational Amplifier : 연산 증폭기)란, 고입력 저항, 저출력 저항, 높은 개방 이득 (오픈 루프 게인)이 특징이며, +입력단자와 -입력단자간 전압차를 증폭시키는 기능을 지닌 차동 증폭기를 말한다.
    2) ua741는 2개의 input의 전압차를 이용해 그 신호를 증폭시켜 출력으로 내보내는 Amplifier이다. 두 개의 입력과 하나의 출력이 있다. 여기에 더하여 OP Amp에 전압을 넣어줄 2개의 핀과 Offset을 조절하는 2개의 핀이 있다. 최종적으로 ua741은 총 7개의 핀으로 이루어져 있다.

    Closed-Loop Gain
    OP Amp가 이상적이라면, A=∞이 되고, V_out=A(V_+-V_-) 이 된다.
    ② OP Amp의 output을 V_input에 넣어 Negative feedback을 하는 것을 Closed-Loop라고 한다.
    ③ 이 상황에서는 두가지 Gain을 얻을 수 있다. Inverting인지, Non-inverting인지에 따라 Gain이 달라진다.
    이상적인 상황일 때, V_out=A(V_+-V_-) 에서 V_out은 특정 값이 도출되는데, A=∞이므로 V_+-V_-=0으로 Virtual short 상태가 된다. 하지만, 현실에서는 A가 유한한 값을 가지기 때문에, Voltage offset이 존재하여 input bios current가 있으므로 결과가 달라질 수 있다.

    II 실험 장비 및 실험 방법 (Materials & Methods)
    1. 실험 순서
    가) 실험1
    1) 실험에 사용할 OP Amp와 칩의 pin diagram을 살펴보기

    참고자료

    · Irwin, 『Engineering Circuit Analysis』, WILEY(2015)
    · 실험 교안, pdf
    · “STMicroelectronics ua741 Data Sheet”
  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. 연산 증폭기(OP Amp)의 기본 특성
      연산 증폭기는 현대 아날로그 전자회로의 핵심 소자로서 매우 중요한 역할을 합니다. 높은 개루프 이득, 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스 등의 특성은 다양한 신호 처리 응용에 이상적입니다. 이상적인 OP Amp의 가정(무한 이득, 무한 입력 임피던스, 영 출력 임피던스)은 회로 설계를 단순화하지만, 실제 소자의 한계를 이해하는 것이 중요합니다. 주파수 응답, 슬루율, 입력 오프셋 전압 등의 실제 특성을 고려한 설계가 정확한 회로 동작을 보장합니다. OP Amp의 기본 특성을 철저히 이해하면 더욱 안정적이고 신뢰할 수 있는 아날로그 회로를 구현할 수 있습니다.
    • 2. 폐루프 이득(Closed-Loop Gain) 설계
      폐루프 이득 설계는 OP Amp 응용의 가장 기본적이면서도 중요한 개념입니다. 피드백 저항을 통해 개루프 이득을 제어함으로써 원하는 이득값을 정확하게 구현할 수 있습니다. 폐루프 이득은 개루프 이득에 비해 훨씬 안정적이고 예측 가능하며, 온도 변화나 소자 편차에 덜 민감합니다. 이득 설정식(Acl = 1 + Rf/Ri)의 단순성은 설계자가 쉽게 원하는 이득을 계산하고 구현할 수 있게 합니다. 다만 대역폭과 이득의 트레이드오프 관계를 고려하여 설계해야 하며, 안정성과 주파수 응답 특성을 함께 검토하는 것이 필수적입니다.
    • 3. 다중 입력 신호 가산 회로
      다중 입력 신호 가산 회로는 여러 신호를 하나로 합치는 실용적인 응용으로, 오디오 믹싱, 센서 신호 통합 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 각 입력에 대한 가중치를 입력 저항으로 조절할 수 있어 유연한 설계가 가능합니다. 이상적인 OP Amp 가정 하에서 출력 전압은 입력 전압의 가중합으로 간단하게 표현되므로 설계가 직관적입니다. 그러나 실제 구현 시 입력 임피던스 불일치, 입력 바이어스 전류, 그리고 여러 신호의 임피던스 차이로 인한 상호작용을 고려해야 합니다. 정확한 신호 합성을 위해서는 입력 저항값의 정밀도와 OP Amp의 특성을 신중하게 선택하는 것이 중요합니다.
    • 4. 입력 신호 감산 회로
      감산 회로는 두 신호의 차이를 추출하는 중요한 기능을 수행하며, 차동 측정, 에러 신호 생성 등에 널리 사용됩니다. 대칭적인 저항 구성을 통해 깔끔한 수식(Vout = (Rf/Ri)(V2 - V1))을 얻을 수 있습니다. 감산 회로의 장점은 두 신호의 공통 모드 성분을 제거하고 차동 신호만 증폭할 수 있다는 점입니다. 다만 정확한 감산을 위해서는 모든 저항값이 정밀하게 일치해야 하며, 저항 공차가 클수록 오차가 증가합니다. 실제 설계에서는 정밀 저항 사용, 온도 계수 고려, 그리고 입력 임피던스 특성을 신중하게 검토하여 원하는 감산 성능을 달성해야 합니다.
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