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오프셋 전압과 전류 예비보고서

예비보고서(오프셋 전압과 전류)1조12111218김병화1. 실험 목적오프셋 전압과 전류에 대해 이해하고 실험을 통해 확인한다.2. 실험 장비- 실험 장비 : 오실로스코프(1대), 펑션제너레이터(1대), 파워서플라이(1대), 멀티미터(1대), 브레드보드(1대)오실로스코프파워서플라이브레드보드멀티미터펑션제너레이터3. 실험 이론(1) 입력 오프셋 전압(Input Offset Voltage)이상적인 경우, 반전 입력과 비반전 입력 사이의 전압차가 0일때 출력 전압이 0이어야 한다. 하지만 실제의 경우에는 0이 아닌 출력 전압이 나오게 된다. 출력 전압의 원인은 내부적인 소자 값의 불균형, 허용된 오차 등에 의해서 발생한다. 입력 OFFSET 전압은 출력 전압을 0 으로 하기 위해 반전 입력과 비반전 입력 사이에 걸어주는 입력 전압이다. 741 OP amp의 경우 입력 옵셋 전압은 최대 5 mV이다.그림 1 오프셋 전압A → ∞로 하면,I= {V _{os}} over {R _{s}} = {V _{ov} -V _{os}} over {R _{f}} ,`V _{ov} = {R _{f} +R _{s}} over {R _{f}} V _{os} = {V _{os}} over {beta } `오프셋 전압(Vos)은 전압 증폭도를 크게 높이면 출력에 크게 나타난다. 반대로 전압 증폭도는 작아도 큰 Rf 를 사용하는 고 임피던스 용도에서는 오프셋 전류 Ios가 출력의 0점에 영향을 미친다.(2) 입력 오프셋 전류(Input Offset Current)두 개의 입력단자에 입력되는 바이어스 전류차의 절대값을 말하며 온도 영향을 받는다.I _{os} = LEFT | I _{B1} -I _{B2} RIGHT |또한 오프셋 전압 또는 전류가 온도 영향을 받아 변화하는 것(오프셋 전압 또는 오프셋 전류)을 드리프트(drift)라 한다.V _{c} =I _{B1} R _{c},A -> INF , “+” 입력 단자와 “-” 입력 단자간의 전압은 0이므로V _{oi} =I _{B1} (R _{s} +R _{f} ) {R _{c}} over {R _{s}} -I _{B2} R _{f} 에서R _{c} =R _{s} //R _{f} 로 설정하면V _{oi} =(I _{B1} -I _{B2} )R _{f} 으로 나타난다.그림 2 입력 오프셋 전류즉, Rc를 Rs와 Rf의 병렬과 같게 함으로써 오프셋 전류에 의한 출력 오프셋 전압을 최소로 할 수 있다. 총 오프셋 전압은 Vov와 Voi의 합이 된다.4. 실험 방법1. 오프셋 조정 핀을 이용한 오프셋 조정시험1) 회로도2) 회로도를 구성하고 출력 전압이 0이 되도록 가변 저항(VR)을 조정한다.2. 오프셋 조정 핀이 없는 경우의 오프셋 조정시험1) 회로도2) 회로도를 구성하고 출력 전압이 0이 되도록 가변 저항(VR)을 조정한 후 R2 양한의 전압을 측정한다.1. 오프셋 전압과 전류 측정1) 회로도2) 회로도를 구성하고 스위치를 ON, OFF할 때의 Vo를 측정한다.4. 오프셋 보정 저항 적용 시 오프셋 전압 측정

공학/기술| 2014.10.28| 4페이지| 1,500원| 조회(251)

오프셋, 인하대, 기초실험, 예비보고서, 오프셋 전압, 기초실험및설계

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입력 바이어스 예비보고서 평가A+최고예요

예비보고서(바이어스 전류 측정)1조12111218김병화1. 실험 목적OP-AMP의 바이어스 전류에 대한 개념을 익히고, 측정을 통하여 확인하는데 있다.2. 실험 장비- 실험 장비 : 오실로스코프(1대), 펑션제너레이터(1대), 파워서플라이(1대), 멀티미터(1대), 브레드보드(1대)오실로스코프파워서플라이브레드보드멀티미터펑션제너레이터3. 실험 이론(1) 이상적인 OP-AMP와 실제 OP-AMP 소자의 차이점이상적인 OP-AMP와는 달리, IC로 제작된 실제 OP-AMP 소자는 칩 내부적 한계에 의해 이상적인 특성이 제한된다. 이상적인 OP-AMP의 특징인A _{ol} = INF ,R _{i} = INF ,R _{o} =0,i _{+} =i _{-} =0,v _{+} =v _{-}가 실제 OP-AMP에서는 전압 이득과 입력 임피던스가 유한한 값을 가지고, 출력 임피던스는 0이 아니며, 입력 단자로 전류가 흐르고, 입력 전압 양단의 전압 오차가 나타난다.(2) 입력 바이어스 전류OP-AMP는 BJT를 집적하여 만든 소자로, OP-AMP 입력 단자들이 베이스 단자이기 때문에 소자가 동작할 때 입력 바이어스 전류라는 베이스 전류가 소량 흐른다. 입력 바이어스 전류는I _{B} = {I _{B1} +I _{B2}} over {2}로 두 입력 단자로 흐르는 전류의 평균값으로 정의한다.그림과 같은 회로에V _{i`n}=0V로 입력 신호가 없을 때, 입력 바이어스 전류가 존재한다면V _{out}은 0V가 아닌 다른 값을 가지게 된다.V _{out}을 구할 때, 중첩의 원리를 이용하여I _{B1}과I _{B2}에 대한 식을 따로 계산한 뒤 합쳐 구할 수 있다.I _{B1}을 구하기 위해I _{B2}=0로 놓으면R _{c}=0인 반전 회로와 같다.V _{i`n}=0V로 준다면, 비반전 단자의 전류 흐름여부에 관계없이 Virtual ground 특성에 의해V _{A} =V _{B} = 0V이므로R _{i}에 전류가 흐르지 않는다. 따라서I _{B1}은 OP-AMP 출력 단자로부터 반전 입력 단자로 흐르는 전류일 것이다. 그렇다면 출력 단자의 전압은V _{i`n}=0V임에도V _{out} =I _{B1} R _{f}가 된다.I _{B1}=0으로 무시하고I _{B2}를 계산한다면 비반전 회로에 대해 해석하는 것과 같으므로, 키르히호프의 전류법칙을 세우면{V _{out} -V _{A}} over {R _{f}} = {V _{A}} over {R _{i}}가 되어V _{out} = LEFT ( 1+ {R _{f}} over {R _{i}} RIGHT ) V _{A}로 정리된다. 이 때V _{A} =V _{B} =-I _{B2} R _{c}이므로 식을 정리하면V _{out} =-I _{B2} R _{c} LEFT ( 1+ {R _{f}} over {R _{i}} RIGHT )이다.두 입력 바이어스 전류를 모두 고려할 때V _{out}는V _{out} =I _{B1} R _{f} -I _{B2} R _{c} LEFT ( 1+ {R _{f}} over {R _{i}} RIGHT )가 되는데,I _{B1} =I _{B2} =I _{B}로 가정하고V _{out}=0이 되게 하기 위한R _{c}를 구한다면0=I _{B} LEFT [ R _{f} -R _{c} LEFT ( 1+ {R _{f}} over {R _{i}} RIGHT ) RIGHT ]로R _{c} =R _{i} PVER R _{f}를 얻을 수 있다. OP-AMP의 두 단자에 흐르는 입력 바이어스 전류 크기의 차이를 입력 오프셋 전류라고 하며I _{OS} = LEFT | I _{B1} -I _{B2} RIGHT |로 정의하는데,R _{c}를R _{c} =R _{i} PVER R _{f}로 정하면 입력 오프셋 전류가 0이 되어 입력 바이어스 전류로 인한 전압 이득의 오차를 보상할 수 있다.(3) 입력 임피던스입력 임피던스는 OP-AMP 입력 단자에서 바라본 임피던스로, 실제 OP-AMP는R _{i`n}=INF 이 될 수 없기 때문에R _{i`n} < INF 인 입력 임피던스를 가지게 된다. OP-AMP 내부를 모델링 할 때, 입력 임피던스는 두 입력 단자 사이의 저항과 같다. 따라서 두 단자 사이의 전압을 구하여 입력 임피던스를 구할 수 있는데, 실험에서는 OP-AMP를 모델링했을 때의 입력 임피던스와 직렬로 다른 외부 저항을 연결한 뒤, 키르히호프의 전압법칙을 이용하여 전압 분배를 통해 입력 임피던스를 계산한다. 실제 741C OP-AMP의 Input Resistance는 Typical 값으로 약 2MΩ이다.(4) 출력 임피던스출력 임피던스는 OP-AMP 출력 단자에서 바라본 임피던스이다. 이상적인 OP-AMP는R _{out}=0이어서 외부에 부하를 걸어도 출력 전압이 변함없지만, 실제 OP-AMP는 작은 값의R _{out}을 가져 전압이 분배되므로 오차가 나타난다. OP-AMP를 모델링할 때 출력 임피던스는 증폭된 출력 전압원과 출력 단자 사이에 위치한다. 따라서 입력 임피던스와 마찬가지로 출력 임피던스도 외부에 저항을 출력 임피던스와 직렬로 연결한 뒤, 전압 분배 법칙을 이용하여 출력 임피던스를 계산할 수 있다.(5) 피드백이 OP-AMP 임피던스에 미치는 영향OP-AMP에 피드백 회로를 구성할 경우 입력 단자와 출력 단자에서 바라본 입력 임피던스와 출력 임피던스가 달라진다.1) 비반전 회로입력 임피던스가 유한한 값이라면, 입력 단자로 전류가 흐르기 때문에 전압 분배로 인한 두 입력 단자 사이의 전압 차이가 존재할 수 있다. 입력 전압은V _{i`n} =V _{d} +V _{f}로 나타나는데, OP-AMP의 출력 임피던스를 무시한다면V _{f}는V _{out}의 전압 분배로R _{i}에 나타나는 전압이므로,V _{f} = {R _{i}} over {R _{i} +R _{f}} V _{out} =BV _{out}로 나타낼 수 있으며, 위 식에 대입한다면V _{i`n} =V _{d} +BV _{out}이다. 출력 전압은 두 입력 단자의 전압 차이를 증폭한 값이므로V _{out} =A _{ol} V _{d}이며, 따라서V _{i`n} =(1+A _{ol} B)V _{d}이다.V _{d}는 입력 임피던스의 양단 전압과 같으므로V _{d} =Z _{i`n} I _{i`n}라고 한다면V _{i`n} =(1+A _{ol} B)Z _{i`n} I _{i`n}으로 정리할 수 있다.따라서 비반전 회로에서 입력 임피던스는Z _{i`n(N`I)} = {V _{i`n}} over {I _{i`n}} =(1+A _{ol} B)Z _{i`n}로 나타난다.A _{ol}은 매우 큰 값이기 때문에 비반전 회로의 입력 임피던스는 OP-AMP 내부의 입력 임피던스보다 크다고 할 수 있다.비반전 회로의 출력 임피던스는, OP-AMP의 출력 임피던스를 모델링한 회로에 키르히호프의 전압법칙을 적용하면V _{out} =A _{ol} V _{d} -Z _{out} I _{out}로 구할 수 있다.V _{i`n} =V _{d} +V _{f}이고 출력 임피던스는 매우 작은 값이기 때문에 이 식은V _{out} SIMEQ A _{ol} (V _{i`n} -V _{f} ) SIMEQ A _{ol} (V _{i`n} -BV _{out} )로 근사시킬 수 있다. 식을 정리하면A _{ol} V _{i`n} =(1+A _{ol} B)V _{out}이며,V _{out} =Z _{out(N`I)} I _{out}이므로{A _{ol} V _{i`n}} over {I _{out}} =(1+A _{ol} B)Z _{out(N`I)} =Z _{out}가 된다.따라서 비반전 회로에서 출력 임피던스는Z _{out(N`I)} = {Z _{out}} over {1+A _{ol} B}이며, 비반전 회로의 출력 임피던스는 OP-AMP의 출력 임피던스보다 훨씬 줄어들게 된다.2) 반전 회로반전 회로의 입력 임피던스는, 반전 회로의 비반전 입력 단자가 그라운드에 연결되어 있고 반전 입력 단자도 Virtual ground 특성으로 인해 그라운드와 연결된 것과 같아Z _{i`n(I)} SIMEQ R _{i}로 나타난다.반전 회로의 출력 임피던스는 피드백 회로로 인해 OP-AMP의 출력 임피던스보다 줄어드는데, 비반전 증폭기와 같이Z _{out(I)} = {Z _{out}} over {1+A _{ol} B}를 갖는다.4. 고찰

공학/기술| 2014.10.27| 4페이지| 1,000원| 조회(142)

인하대, 기초실험, 예비보고서, 입력 바이어스

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비반전증폭기 결과보고서

결 과 보 고 서학 과학 년학 번조성 명전자공학과2121112183김병화실험 제목OP-AMP를 이용한 기본 증폭1. 실험 목적본 실험은 가장 많이 사용되는 연산 증폭기의 일종인 OP-AMP를 이용하여 기본적인 증폭 회로를 구성하고그 동작을 익힌다.2. 실험 장비- 실험 장비 : 오실로스코프(1대), 펑션제너레이터(1대), 파워서플라이(1대), 브레드보드(1대)오실로스코프파워서플라이브레드보드펑션제너레이터- 실험 부품 : IL358N(모델명)3. 실험 방법(과정)1. 비반전 증폭 회로그림 1 비반전 증폭 회로5) 그림 1의 회로를 만들고, 입력과 출력의 전압을 측정하시오.4. 실험 결과1) 비반전 증폭 회로표 1 비반전 증폭회로Vin(Vp-p)R1 (kΩ)R2 (kΩ)출력(Vo,p-p, V)입력(Vi,p-p, V)출력 이론값 (V)이득(Vo/Vi)오차율112.26.602.086.663.170.90%213.24.1613.33.170.75%426.68.4026.93.171.15%실험 그래프Vin1245. 고찰1) 동작 원리이상적인 OP-AMP라 했을 때, Inverting input과 Noninverting input에 흐르는 전류는 0이다. 또한Inverting input과 Noninverting input의 전압은 같다.그림 1의 회로를 분석하면 다음의 식을 얻을 수 있다.V_{ o}=(1+ { R _{ F} } over { R _{ R} })V _{ i}위상은 Vi와 같고, 1+RF/RR배인 Vo이 출력된다.2) 결과 분석저항 1kΩ, 2.2kΩ을 사용했기 때문에V_{ o}=(1+ { R _{ F} } over { R _{ R} })V _{ i}에 따르면 1+2.2/1배, 즉 입력 전압의 3.2배인 전압이 출력되어야 한다. 표 1을 보면 실험값과 이론값이 거의 오차 없이 비슷하게 나왔다. 오차율은 약 0.90%~1.15%로 나타났다. 또한 오실로스코프 파형을 보면, 입력전압과 위상이 같은 출력전압 Vo을 얻을 수 있었음을 볼 수 있다.3) 오차 원인이번 실험은 이상적인 OP-AMP라 가정하고 실험을 진행 하였다. 그래서 입력 임피던스를 ∞라 가정하고 이론값을 구하게 된다. 하지만 실제 OP-Amp는 입력 임피던스가 ∞가 아닌 유효한 값을 가지고 있기 때문에 오차가 생긴다. 그리고 OP-amp는 자체 저항이 있고 온도에 따라 실험값이 달라질 수 있다.

공학/기술| 2014.10.27| 2페이지| 1,000원| 조회(172)

비반전, 결과보고서, 인하대, 기초실험

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OP-AMP 결과보고서

결 과 보 고 서학 과학 년학 번조성 명전자공학과2121112181김병화실험 제목OP-AMP1. 실험 목적본 실험은 가장 많이 사용되는 연산 증폭기의 일종인 OP-AMP를 이용하여 기본적인 증폭 회로를 구성하고그 동작을 익힌다.2. 실험 장비- 실험 장비 : 오실로스코프(1대), 펑션제너레이터(1대), 파워서플라이(1대), 브레드보드(1대)오실로스코프파워서플라이브레드보드펑션제너레이터- 실험 부품 : LM358(모델명)3. 실험 방법(과정)1. 반전 증폭 회로그림 1 반전 증폭 회로1) Rf = 470Ω, Rr = 4.7 kΩ으로 하고, DC전원 15 V를 연결하였다. 교류 입력은 1kHz, 0.5 Vpp로 설정하고, OP Amp의 출력을 오실로스코프로 관측했다.2) 각 저항을 Rf = 1 kΩ, Rr = 2.2 kΩ으로 교체한 뒤 위 과정을 반복했다.4. 실험 결과그림 2Rf = 470Ω, Rr = 4.7 kΩRf = 1 kΩ, Rr = 2.2 kΩ1) Rf = 470Ω, Rr = 4.7kΩ일 때, 18.8V/2.40V = 7.833, 약 7.83배 증폭되었다.2) Rf = 1kΩ, Rr = 2.2kΩ일 때, 4.40V/2.04V = 2.156, 약 2.16배 증폭되었다.4. 고찰1) 동작 원리이상적인 OP-AMP라 했을 때, Inverting input과 Noninverting input에 흐르는 전류는 0이다. 또한Inverting input과 Noninverting input의 전압은 같다. 이 같은 성질을 이용하여, 그림 1의 회로를 분석하면다음의 식을 얻을 수 있다.V_{ o}=- { R _{ F} } over { R _{ R} }V _{ i}즉, Vo은 위상이 Vi와 반대이고, Vo이 Vi의 RF/RR배임을 알 수 있다.2) 결과 분석실험결과 첫 번째 실험은 약 7.83배 증폭되었고 이론값과의 오차율은 22%로 나타났고, 두 번째 실험은 2.16배 증폭되었고 오차율은 약 2%로 나타났다. 오실로스코프 파형을 보면, 위상이 반대인 Vo을 얻을 수 있었음을 볼 수 있다.3) 오차 원인이번 실험을 진행하는데 어려움이 있었다. 회로를 구성하고, 펑션제너레이터로 1Vpp를 넣었다. 오실로스코프로 입력 단을 측정 해보았는데 입력 파형의 피크부분이 잘려서 나와서 0.5Vpp로 다시 측정해보았지만 같은 결과가 나타났다. 또한 출력 파형이 30배로 증폭되어 나타났다. 구성한 회로를 확인해 보니 교류전원이 저항을 거치지 않고 입력 단에 직렬로 연결 돼있어서 이런 결과가 나타났다. 다시 회로를 구성한 뒤 실험한 결과 와 같은 결과가 나타났다. 이상적인 OP-AMP라 가정하면 입력 임피던스를 ∞로 보고 이론값을 구하게 된다. 하지만 실제 OP-Amp는 입력 임피던스가 ∞가 아닌 유효한 값을 가지고 있기 때문에 오차가 생긴다. 그리고 OP-amp는 자체 저항이 있고 온도에 따라 실험값이 달라질 수 있다.

공학/기술| 2014.10.27| 2페이지| 1,000원| 조회(143)

결과보고서, opamp, 인하대, 기초실험

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기초실험 및 설계 예비보고서(비반전증폭기)

예비보고서(비반전증폭기)1조12111218김병화1. 실험 목적본 실험은 가장 많이 사용되는 연산 증폭기의 일종인 OP-AMP를 이용하여 증폭 회로를 구성하고 그 동작을 익힌다.2. 실험 장비- 실험 장비 : 오실로스코프(1대), 펑션제너레이터(1대), 파워서플라이(1대), 멀티미터(1대), 브레드보드(1대)오실로스코프파워서플라이브레드보드멀티미터펑션제너레이터3. 실험 이론(1) 비반전 증폭기(non-inverting amplifier)지난 시간에 이상적인 연산 증폭기의 기능과 특성에 대해 공부했다. 다시 상기해보면, 아래와 같다.1. 무한대의 입력 저항2. 영의 출력 저항3. 영의 공통 모드 이득, 또는 등가적으로 무한대의 공통 모드 제거4. 무한대의 개방 루프 이득5. 무한대의 대역폭 연산증폭기의 두 입력 단자로 들어가는 전류는 0[A]이고, 두 입력 단자 사이의 전압 차는 0[V]이다. 입력 전압 v _{i}의 전압이 v _{1}의 반전 입력에 나타나게 되고, 이 전압 v _{i}에 의하여 i _{1}의 전류가 만들어 진다. 저항 R _{1}을 지나는 전류 i _{1}과 저항 R _{f}를 지나는 전류 i _{f}는 같다. 이 수식을 전개하면 출력전압 v _{0}는, i _{1} =i _{f```} ,`` {0-v _{1}} over {R _{1}} `=` {v _{1} -v _{0}} over {R _{f}} 이고 v _{1} =`v _{2} =`v _{i} 이므로 v _{0} =`(1+ {R _{f}} over {R _{1}} )v _{i} 이다.비반전 증폭기의 특징을 정리하면 아래와 같다.1. 입력 전압 `v _{i}와 출력 전압 v _{0}의 파형은 직류부터 낮은 주파수 범위까지 포함해 동상이기 때문에 비반전 증폭기라고 한다.2. 입력 신호원 임피던스 R _{g}는 폐루프 이득에 영향을 주지 않는다.3. 입력 전압 `v _{i}와 출력 전압 v _{0}와의 폐루프 이득 A _{c}는 A _{c} =1+ {R _{f}} over {Rs}가 된다.4. 폐루프 이득 A _{c}를 1이하로 할 수 없다.5. R _{s} =∞의 경우 v _{0} =v _{i}가 된다. 이 것을 전압 폴로워 회로라 한다.4. 실험 방법1. 비반전 증폭기의 입력과 출력특성(DC)1) 회로도2) 의 회로를 구성하고 Vi를 가변하면서 입력과 출력의 전압을 멀티미터로 측정하여 표에 기록하라.2. 비반전 증폭기의 입력과 출력특성(DC)1)회로도2) 의 회로를 구성하고 vi를 가변하면서 입력과 출력의 전압을 멀티미터로 측정하여 표에 기록하라.5. 고찰이번 실험은 비반전 증폭회로를 꾸며 보게 될 것이다. 이 실험에서 유의할 점은 비반전 증폭기에서 출력단자와 연산증폭기의 반전입력단자인 (-)에 저항이 연결되어 있는 것을 부궤환이라고 하는데 만약 출력단자가 비반전 단자인 (+)에 연결되면 이는 정궤환으로 구성되며, 그 특성은 부궤환인 경우와 판이하게 달라진다. 부궤환으로 구성되면 이는 증폭기이지만, 정궤환으로 구성되면 이는 증폭기가 아니다. 따라서 출력단자의 입력 연결 시에 그 극성에 주의해야 할 것이다. 이상적인 연산증폭기를 사용했다는 가정 하에 이루어 졌으므로 이곳에서 오차를 발견할 수 있을 것이다.

공학/기술| 2014.10.07| 4페이지| 1,000원| 조회(233)

비반전증폭기, 비반전증폭기 실험, 비반전증폭기 예비보고서

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