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OP-AMP(3)(예비) - 실험물리학II A+ 레포트

"OP-AMP(3)(예비) - 실험물리학II A+ 레포트"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2026.01.31 최종저작일 2025.12
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OP-AMP(3)(예비) - 실험물리학II A+ 레포트
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    • 🔬 연산증폭기의 실무 응용 회로를 체계적으로 학습할 수 있음
    • 📊 LTspice 시뮬레이션을 통한 이론과 실험의 연계 학습 제공
    • 🎯 555 타이머, 필터, 발진기 등 핵심 응용 회로를 명확하게 설명

    미리보기

    목차

    1. 실험 목표

    2. 실험 이론
    (1) 555 타이머 발진기 (비안정 멀티바이브레이터의 동작)
    ① 반전 증폭기
    ② 비교기
    ③ 적분기/미분기
    (2) 계측용 증폭기
    ① 계측용 증폭기
    ② 계측용 증폭기와 OP-AMP 차동증폭기의 차이
    (3) 능동 필터
    ① 능동 저역 통과 필터
    ② 능동 고역 통과 필터
    ③ 능동 대역 통과 필터
    ④ 능동 대역 저지 필터

    3. 실험 장비 및 재료
    (1) 실험 장비
    ① 함수발생기 : Tektronix AFG2021
    ② 오실로스코프 : Tektronix TBS1102B-EDU
    ③ DC Power Supply
    ④ NI ELVIS
    (2) 실험 재료
    ① LM741C 연산증폭기, 555 타이머
    ② 저항, 커패시터

    4. 실험 방법
    (1) 발진기 – 555 타이머
    (2) 계측용 증폭기
    (3) 능동 필터

    5. 참고 문헌

    본문내용

    실험 목적
    연산증폭기를 이용한 특수한 증폭기 회로를 구성하고 그 원리를 이해할 수 있다.
    연산증폭기를 이용한 능동 필터를 구성하고 이를 RLC를 이용한 수동 필터와 비교하여 이해할 수 있다.
    연산증폭기를 이용한 발진기 회로를 구성하고 그 원리를 이해할 수 있다.

    실험 이론
    555 타이머 발진기 (비안정 멀티바이브레이터의 동작)
    반전 증폭기
    OP-AMP를 555 타이머 발진기를 함께 사용하여 구성한 회로는 주로 555 타이머 IC에서 보낸 신호를 OP-AMP가 반전시켜서 증폭을 시키거나, 외부 아날로그 신호를 비교하거나, 입력파를 적분/미분할 수 있다. 그중 반전 증폭기 회로는 555 타이머가 출력한 구형파 펄스를 OP-AMP가 입력 신호로 받아들이고 이것을 반전 증폭시킨 회로이다.
    555 타이머 IC에서 OP-AMP로 신호를 보내기 위한 발생 장치 중 비안정 멀티바이브레이터 회로가 있는데, 이를 LTspice로 시뮬레이션하면 다음과 같다.

    <그림 1> 555 타이머를 이용한 비안정 멀티바이브레이터 회로(LTspice)
    그림 1은 ‘매뉴얼의 그림 1’을 LTspice로 시뮬레이션한 것이다. 회로도 왼쪽 부분에 있는 저항들은 충전 저항이고 커패시터는 타이밍 커패시터이다. 이들이 소자의 충전과 방전의 속도를 제어하며 타이머 555 IC와 함께 발진기를 구성한다. 이 회로는 VCC(전원)을 입력받고 규칙적인 구형파를 생성하여 OP-AMP로 보낸다. 당연히 저 회로 자체만으로 신호를 발생시킬 수는 없고 DC 전원으로 외부 아날로그 신호를 가해주어야 한다.
    그림 1의 발진 주파수를 이론적으로 구하면 다음과 같다.
    f=1.44/((R_1+2R_2 ) C_ext )=1.44/(201kΩ×0.01μF)=716Hz
    듀티 사이클은 아래의 식으로 구할 수 있다.

    참고자료

    · 서강대학교 실험물리학 ΙI 매뉴얼, Exp#11. 연산증폭기(Operational Amplifier)(3).
    · J. David Irwin, R. Mark Nelms, Engineering Circuit Analysis, 12th edition, WILEY, 2022, p211~236.
    · Wikipedia, Operational amplifier: Operational amplifier - Wikipedia
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