2.연산 증폭기의 비이상적 특성1. 사용 장비 및 부품☞ 함수 발생기(RIGOL DG4062)☞ 오실로스코프(RIGOL DS2102)☞ 직류 전원 공급 장치(TESTLINK VS-220Q)☞ 디지털 멀티 미터(RIGOL DM3068)☞ 연산 증폭기 : 741(2개)☞ 저항 : 100Ω(2개),1kΩ,10kΩ,100kΩ,200kΩ(2개)2. 실험 방법 및 결과2.1 옵셋 전압2.1.1 실험 회로도- PSPICE 회로- 실험 때 한 회로2.1.2 실험 방법1) 실험 회로 2-1가 같이 회로를 구성하고 연산 증폭기 출력 전압을 측정하여입력 옵셋 전압을 구하라. 입력 옵셋 전압은 측정된 전압을 전압 이득으로 나누어 다음과 같이 구할 수 있다.2) 연산 증폭기를 바꾸어 실험 1)을 반복하라.2.1.3 실험 결과1) 실험결과 Vout 값이 0.98V가 나왔다.이론값PSPICE실험값입력 옵셋 전압(Vin)5mV이하0.019mV0.98mVVout5V이하19mV0.98V2) 실험결과 Vout값이 1.8V가 나왔다.이론값PSPICE실험값입력 옵셋 전압(Vin)5mV이하0.019mV1.8mVVout5V이하19mV1.8V2.1.4 검토 사항- 741마다 출력 전압이 차이가 좀 나서 뭐가 더 정확한 값인지 혼란이 왔다.교수님께서는 작은 값이다보니 741마다 차이가 있는 것이 당연하고 정상범위안에만 들면 된다고 하셨다. 이론값에서도 5mV만 넘어가지 않으면 정상적으로작동하는 것이라고 나와있다. 다음에 이 관련 실험을 할 때 5mV가 넘지 않으면 정상인 것으로 간주하고 넘어가야 겠다. 그리고 이 실험을 할 때에 18V가넘는 전압을 인가하면 741이 버티지 못하여 터지니 조심해야한다. 한 실험생중 합선이 발생해 741이 터진 사람이 있었다. 합선이 나지 않도록 회로 구성에도 신경을 많이 써야했다.2.2 부하 효과2.2.1 실험 회로도- PSPICE 회로- 실험 할 때 회로2.2.2 실험 방법1) 실험 회로 2-2와 같이 회로를 구성하고 디지털 멀티 미터를 사용하여 연산증폭기의 입력 단자에서 전압을 측정하여 각 입력 전류를 계산하고 입력 바이어스 전류 및 옵셋 전류를 구하라.2) 연산 증폭기를 바꾸어 실험 1)을 반복하라.2.2.3 실험 결과1) 실험결과 전류의 값이 0.86nA와 0.87nA가 나왔다.이론값PSPICE실험값입력 바이어스 전류500nA이하80nA0.865nA옵셋 전류200nA이하0A0.01nA2) 실험결과 전류의 값이 1.1nA와 1.12nA가 나왔다.이론값PSPICE실험값입력 바이어스 전류500nA이하80nA1.11nA옵셋 전류200nA이하0A0.02nA2.2.4 검토 사항- 이 실험도 741을 사용한 실험이여서 15V를 넣을 때 잘못하여 18V이상 넣지않도록 조심해서 인가하였다. 이 실험에서 또한 741을 바꿔서 실험했을 때 입력 바이어스 전류와 옵셋 전류가 차이가 많이 났다. 하지만 이론값을 보니 입력 바이어스 전류는 500nA, 옵셋 전류는 200nA 이하인 경우 741이 정상적으로작동되는 것을 알 수 있었다. 따라서 741마다 입력 바이어스 전류와 옵셋 전류가 많이 차이 난다해도 위 범위 안에만 들면 정상적으로 작동하는 것이니 당황할 필요가 없었다. 또 200kΩ에 흐르는 전류가 같을 줄 알고 입력 바이어스 전류와 옵셋 전류가 다 0이 아닌 이유가 저항의 오차도 약10퍼정도 있다는 것을잊어버리고 있었는데 교수님께서 알려주셨다.2.3 슬루율2.3.1 실험 회로도- PSPICE 회로- 실험할 때 회로2.3.2 실험 방법1) 실험 회로 2-3과 같이 이득이 1인 완충 증폭기를 구성한 후 입력에 직류 옵셋 전압이 0, 피크-피크값이 10V이고 주파수가 10kHz인 구형파를 가하고오실로스코프로 연산 증폭기의 출력 파형을 관찰하라. 관찰한 파형으로부터증폭기의 슬루율을 계산하라.2.3.3 실험 결과1) 실험값 슬루율: 9.6V/60μs=0.16V/μs이론값PSPICE값실험값슬루율0.5V/μs0.5V/μs0.16V/μs2.2.4 검토 사항- 슬루율 회로를 구성했을 때 원하는 값이 나오지 않아 교수님의 도움을 받아회로를 다시 구성한 결과 Vin과 접지를 연결했기 때문에 원하는 값이 나오지않은 것이었다. 슬로율 실험의 경우에는 회로도에 따로 접지가 없기 때문에 직접 만들어서 해줘야했다. 오늘 실험을 통해서 위의 회로도의 경우에는 Vin과접지를 연결시키면 안되고 접지를 따로 만들어야 한다는 것을 배웠다. 슬루율실험에서 0.5V/μs보다 큰지 작은지 확인해야한다. 일반적인 741연산증폭기의 슬루율은 0.5V/μs정도인데 1μs당 최대 0.5V까지 축력을 변화시킬 수 있다. 고주파인 신호를 연산증폭기에 집어 넣으면 입력신호가 1μs당 0.5V를 넘지 않는다면왜곡없이 그대로 출력파형이 증폭되어서 나온다. 하지만 그것보다 더 빠르면입력신호와 출력신호가 서로 틀리게 되어버린다.3. 결론- 실제 우리가 만들 수 있는 연산 증폭기는 이상적인 특성에서 약간 벗어나게 된다. 두 입력 전압이 같을 때에도 출력 전압이 정확히 0이 되지 않는다. 또한 입력
6. 바이폴라 트랜지스터의 바이어스 해석1. 사용 장비 및 부품☞ 직류 전원 공급 장치(TESTLINK VS-220Q)☞ 디지털 멀티 미터(RIGOL DM3068)☞ 저항 : 100kΩ, 1.2kΩ, 15kΩ, 4.7kΩ, 68kΩ, 680kΩ, 18kΩ, 1kΩ2. 실험 방법 및 결과2.1 트랜지스터 동작 영역2.1.1 실험 회로도2.1.2 실험 방법1) 실험 회로 6-1의 회로를 구성하라.2) VBB를 0V에서 8V까지 0.5V 간격으로 변화시키면서 VB와 VC를 측정하고 이로부터 IB와 IC를 계산하라. 아울러 VBB에 따른 VC의 그래프를 그려라.3) 위의 결과로부터 트랜지스터가 능동 영역에서 동작하기 위한 VBB의 범위를구하라. 아울러 능동 영역에서 동작할 때 β 값을 구하라.4) 트랜지스터가 포화 영역에서 동작할 때 VCE,sat를 구하고 트랜지스터의 데이터시트 값과 비교하라.2.1.3 실험 결과1)- PSPICE 회로- 실험 회로2) PSPICE 그래프에서 빨간색이 VC이고 초록색이 VBB이다. IB와 IC를 구하는 식은다음과 같다.- PSPICE VBB에 대한 VC변화 그래프- MATLAB에 실험값을 넣은 그래프VBB0V0.5V1V1.5V2V2.5V3V3.5VVB(V)0.2m0.4980.7040.7290.7420.7510.7570.762VC(V)10109.4668.5977.710V6.825V5.9455.089IB(uA)-0.0020.022.967.7112.5817.4922.4327.38IC(mA)000.4451.1691.9082.6463.3794.093VBB4V4.5V5V5.5V6V6.5V7V7.5V8VVB(V)0.7680.7700.7740.7770.7790.7810.7810.7810.781VC(V)4.2253.3702.5381.6930.8720.2150.1670.1500.139IB(uA)32.3237.342.2647.2352.2157.1962.1967.1972.19IC(mA)4.8135.5256.2186.9237.6078.1548.1948.2088.218- PSPICE 값VBB0V0.5V1V1.5V2V2.5V3V3.5VVB(V)0.3m0.4360.6210.6430.6550.6560.6730.680VC(V)10.03810.0389.017.7086.3635.0423.7462.496IB(uA)-0.0030.643.798.5713.4518.4423.2728.2IC(mA)-0.3-0.30.8251.913.0314.1325.2126.253VBB4V4.5V5V5.5V6V6.5V7V7.5V8VVB(V)0.6860.6910.6920.6930.6940.6950.6950.6950.695VC(V)1.2840.2940.1910.165V0.1510.1410.1330.1270.122IB(uA)33.1438.0943.0848.0753.0658.0563.0568.0573.05IC(mA)7.2638.0888.1748.1968.2088.2168.2238.2288.232- 실험값3) 트랜지스터가 능동 영역에서 동작하기 위한 VBB범위는 그래프에서 내려가기 시작할 때부터 약0.2V정도로 유지되는 지점 전까지의 범위이다. 또한 β 의 식은 다음과 같다.이론값PSPICE실험값동작하는 VBB범위Vc가 10V아래일때VBB
3. 다이오드 정류 회로1. 사용 장비 및 부품☞ 오실로스코프(RIGOL DS2102)☞ 변압기☞ 디지털 멀티 미터(RIGOL DM3068)☞ 다이오드 : 1N4001(4개)☞ 저항 : 1kΩ,2.2kΩ☞ 커패시터 : 330μF, 33μF2. 실험 방법 및 결과2.1 반파 정류 회로2.1.1 실험 회로도- PSPICE 반파 정류 회로- 실험 때 구성한 회로2.1.2 실험 방법1) 주어진 변압기를 이용하여 실험 회로 3-1(a)의 회로를 구성하고, 입력과 출력파형을 관찰하고 비교 설명하라. RL=1kΩ이다.2) 주어진 변압기를 이용하여 실험 회로3-1(b)의 회로를 구성하고, 입력과 출력파형을 관찰하고 비교 설명하라. C=330μF,RL=1kΩ이다.3) 실험 회로 3-1(b)의 회로에서 C=330μF,33μF,RL=1kΩ,2.2kΩ 일 때 각각의리플 파형을 관찰하고 리플의 크기를 이론값과 비교하라.2.1.3 실험 결과1) 입력값에 들어간 사인파가 0V를 기준으로 양수만 출력파로 나오는 파형이 생겼다. 사인파가 입력이 되었기 때문에 인가한12V에 루트2배한 값이 인가되었다. 또한 D를 지나기 때문에 D=0.7V가 빠져나간다. PSPICE에서 출력파형의 피크값이 16.968V보다 약0.7V가 작은 16.251V정도가 나왔다. 초록색이 입력파형, 주황색이 출력파형이다. 실험에서도 12V인가하여 루트2배한 값을 피크값으로 하는 사인파가 인가된다. 실험에서는 피크값에서 약 0.4V의 차이가있다.- PSPICE V의 피크값이론값PSPICE실험값입력파형 피크16.968V16.968V16.2V출력파형 피크16.268V16.251V15.8V입력-출력0.7V0.717V0.4V- PSPICE 결과값- 실험 결과값2) 12V인가하고 사인파로 들어가 루트2를 곱한 16.968V가 들어간다. 입력파형과출력파형을 비교하니 출력파형에 리플이 생겼다. 또한 리플의 크기를 구하니PSPICE에서는 16.177-15.440=0.737V가 나왔고, 실험에서는 15V/20=0.75V가나왔다. 이론값은.2kΩC=330μF0.734V0.341VC=33μF5.667V2.997V- C=330μF,RL=1kΩ PSPICE 리플 크기- C=33μF,RL=1kΩ PSPICE 리플 크기- C=33μF,RL=2.2kΩ PSPICE 리플 크기- C=330μF,RL=1kΩ PSPICE 리플 크기실험값R =1kΩR=2.2kΩC=330μF0.75V0.36VC=33μF5.2V2.8V- C=330μF,RL=1kΩ PSPICE 결과값- C=330μF,RL=1kΩ 실험결과값- C=33μF,RL=1kΩ PSPICE결과값- C=33μF,RL=1kΩ 실험결과값- C=33μF,RL=2.2kΩ PSICE결과값- C=33μF,RL=2.2kΩ 실험결과값- C=330μF,RL=2.2kΩ PSPICE 결과값- C=330μF,RL=2.2kΩ 실험결과값2.1.4 검토 사항- 실험에 이용한 변압기가 220V를 이용한 변압기이기 때문에 감전되지 않게조심하게 변압기를 다뤄야했다. 그리고 커패시터가 받아들일 수 있는 최대 전압을 봐야했다. 그 전압을 초과할 경우 커패시터가 터지기 때문이다. 그래서 교수님께서 내부전압이 높은 330uF와 33uF 커패시터를 주셨다. 또한 다이오드와캐퍼시터의 극성을 잘봐야했다. 사인파 함수를 인가하는 것이기 때문에 루트2를 곱해주는 것을 기억해야겠다. PSPICE값과 실험값의 값은 거의 비슷했다. 하지만 이론값하고는 차이가 많이났다. 그 이유는 사인파로 올라간후 지수함수로내려오는데 지수함수의 제일낮은 값을 찾는 것이 사람의 손으로 찾기가 불가능하기 때문이다.2.2 전파 정류 회로2.2.1 실험 회로도- PSPICE 전파 정류 회로- 실험 때 구성한 회로2.2.2 실험 방법1) 주어진 변압기를 이용하여 실험 회로 3-2(a)의 회로를 구성하고, 입력과 출력파형을 관찰하고 비교 설명하라. RL=1kΩ이다.2) 주어진 변압기를 이용하여 실험 회로 3-2(b)의 회로를 구성하고, 입력과 출력파형을 관찰하고 비교 설명하라. C=330μF,RL=1kΩ이다.3) 실험 회로 3-2(b)의 회로에 사인파가 입력이 되었기 때문에 인가한12V에 루트2배한 값이 인가되었다. 또한 D를 지나기 때문에 D=0.7V가 빠져나간다. PSPICE에서도16.968V보다 약 0.7V가 작은 16.251V가 출력파형의 피크값으로 나왔다. 실험값에서는 0.2V정도가 나왔다.- PSPICE V 피크값이론값PSPICE실험값입력파형 피크16.968V16.968V16.6V출력파형 피크16.268V16.251V16.4V입력-출력0.7V0.717V0.2V- PSPICE 결과값- 실험 결과값2)12V인가하고 사인파로 들어가 루트2를 곱한 16.968V가 들어간다. 입력파형과출력파형을 비교하니 출력파형에 리플이 생겼다. 또한 리플의 크기를 구하니PSPICE에서는 16.162-15.828=0.334V가 나왔고, 실험에서는 16V/50=0.32V가나왔다. 이론값은 이다.이론값pspice실험값리플 크기0.412V0.334V0.32V-PSPICE 결과값- 실험 결과값3)이론값R =1kΩR=2.2kΩC=330μF0.412V0.187VC=33μF4.12V1.87VPSPICER =1kΩR=2.2kΩC=330μF0.334V0.134VC=33μF2.877V1.479V- C=330μF,RL=1kΩ- C=33μF,RL=1kΩ- C=33μF,RL=2.2kΩ- C=330μF,RL=2.2kΩ실험값R =1kΩR=2.2kΩC=330μF0.32V0.15VC=33μF2.4V1.25V- C=330μF,RL=1kΩ PSPICE 결과값- C=330μF,RL=1kΩ 실험결과값- C=33μF,RL=1kΩ PSPICE 결과값- C=33μF,RL=1kΩ 실험 결과값- C=33μF,RL=2.2kΩ PSPICE 결과값- C=33μF,RL=2.2kΩ 실험 결과값- C=330μF,RL=2.2kΩ PSPICE 결과값- C=330μF,RL=2.2kΩ 실험 결과값2.2.4 검토 사항- 실험에 이용한 변압기가 220V를 이용한 변압기이기 때문에 감전되지 않게조심하게 변압기를 다뤄야했다. 그리고 커패시터가 받아들일 수 있는 최대 전압을 봐야했다.는 것을 기억해야겠다. PSPICE값과 실험값의 값은 거의 비슷했다. 하지만 이론값하고는 차이가 많이났다. 그 이유는 사인파로 올라간후 지수함수로내려오는데 지수함수의 제일낮은 값을 찾는 것이 사람의 손으로 찾기가 불가능하기 때문이다. 리플 전압이 위에 형성되었다 아래로 형성되었다 했지만 리플크기는 모두 같다. 또한 반파 정류 회로와는 다르게 변압기가 2개 쓰여지므로접지에 12V, 인가하는 곳에 0V와 24V를 해야했다.2.3 브리지 정류 회로2.3.1 실험 회로도- PSPICE 브리지 정류 회로- 실험 때 구성 회로 (커패시터가 없으면 a의 회로가 됨)2.3.2 실험 방법1) 주어진 변압기를 이용하여 실험 회로 3-3(a)의 회로를 구성하고, 입력과 출력파형을 관찰하고 비교 설명하라. RL=1kΩ이다.2) 주어진 변압기를 이용하여 실험 회로 3-3(b)의 회로를 구성하고, 입력과 출력파형을 관찰하고 비교 설명하라. C=330μF,RL=1kΩ이다.3) 실험 회로 3-3(b)의 회로에서 C=330μF,33μF,RL=1kΩ,2.2kΩ일 때 각각의 리플 파형을 관찰하고 리플의 크기를 이론값과 비교하라.2.3.3 실험 결과1) 입력파형에 12V에 루트2를 곱한 16.968V가 인가되니 다이오드를 2개 지난전파 정류회로와 같은 그래프가 나왔다. 즉, 출력파형이 음수가 모두 양수로반전된 그래프가 나왔다. 대신 다이오드를 2개 지났기 때문에 1.4V정도가입력파형의 Vp값보다 출력파형의 Vp가 작다. 실험값에서는 아쉽게도 출력파형만 관찰할 수 있었다. 그 이유는 검토사항에 기록하겠다. PSPICE 값으로는 16.938-15.539=1.429V가 나왔다.이론값PSPICE실험값입력파형 피크16.968V16.968V알수없음출력파형 피크15.568V15.539V약 14.8V입력-출력1.4V1.429V- PSPICE 결과값- 실험 결과값2)12V인가하고 사인파로 들어가 루트2를 곱한 16.968V가 들어간다. 입력파형과출력파형을 비교하니 출력파형에 리플이 생겼다. 또한 리플의 크기를 - 실험 결과값3)이론값R =1kΩR=2.2kΩC=330μF0.394V0.179VC=33μF3.94V1.79VPSPICER =1kΩR=2.2kΩC=330μF0.324V0.145VC=33μF2.738V1.387V- C=330μF,RL=1kΩ- C=33μF,RL=1kΩ- C=33μF,RL=2.2kΩ- C=330μF,RL=2.2kΩ실험값R =1kΩR=2.2kΩC=330μF0.348V0.154VC=33μF2.390V1.290V- C=330μF,RL=1kΩ PSPICE 결과값- C=330μF,RL=1kΩ 실험 결과값- C=33μF,RL=1kΩ PSPICE 결과값- C=33μF,RL=1kΩ 실험 결과값- C=33μF,RL=2.2kΩ PSPICE 결과값- C=33μF,RL=2.2kΩ 실험 결과값- C=330μF,RL=2.2kΩ 실험 결과값- C=330μF,RL=2.2kΩ 실험 결과값2.3.4 검토 사항- 실험에 이용한 변압기가 220V를 이용한 변압기이기 때문에 감전되지 않게조심하게 변압기를 다뤄야했다. 그리고 커패시터가 받아들일 수 있는 최대 전압을 봐야했다. 그 전압을 초과할 경우 커패시터가 터지기 때문이다. 그래서 교수님께서 내부전압이 높은 330uF와 33uF 커패시터를 주셨다. 또한 다이오드와캐퍼시터의 극성을 잘봐야했다. 사인파 함수를 인가하는 것이기 때문에 루트2를 곱해주는 것을 기억해야겠다. PSPICE값과 실험값의 값은 거의 비슷했다. 하지만 이론값하고는 차이가 많이났다. 그 이유는 사인파로 올라간후 지수함수로내려오는데 지수함수의 제일낮은 값을 찾는 것이 사람의 손으로 찾기가 불가능하기 때문이다. 또한 PSPICE로는 입력파형과 출력파형을 같이 구할 수 있지만실험에서는 불가능했다. 왜냐하면 오실로스코프는 접지부분이 오실로스코프 안에서 서로 연결되어 있어 D2가 죽어 버리기 때문이다. 따라서 출력파형만 구했다.2.4 정류 회로 비교2.4.1 실험 회로도2.4.2 실험 방법1) 실험의 결과를 바탕으로 3 가지 정류 회로의 출력 직류 전압의 크기를 비교 설명하라.아래
