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전자공학실험 25장 - 인스트루먼트 증폭기 예비결과

25장 인스트루먼트 증폭기1. 실험 목적(1) 인스트루먼트 증폭기의 동작을 이해한다.(2) 인스트루먼트 증폭기의 차동모드 동작과 가변이득 특성을 확인한다.(3) 인스트루먼트 증폭기의 공통모드 동작과 CMRR 특성을 확인한다.2. 관련 이론2.1 인스트루먼트 증폭기인스트루먼트 증폭기는 그림 25.1(a)에 보인 것처럼 앞에서의 차동 증폭기 입력에 한 쌍의 비반전 증폭기로써 입력버터를 구성하여 큰 이득에서 입력저항이 작아지는 문제를 해결한 것이다.A _{1``} ,``A _{2}로 표시된 비반전 증폭기는 각각v _{1}과v _{2}를 증폭하여A _{3}로 표시된 차동증폭기 입력에(1+R _{F} /R _{A} )v _{d}의 전압을 야기시킨다. 따라서 차동증폭기의 출력전압v _{o}는 다음과 같이 구해진다.v _{o} = {R _{F1}} over {R _{A1}} (1+ {R _{F}} over {R _{A}} )v _{d} (25.1)따라서 인스트루먼트 증폭기의 차동모드 이득A _{d}는 다음과 같이 표현된다.A _{d} ` == ` {v _{o}} over {v _{d}} = {R _{F1}} over {R _{A1}} (1+ {R _{F}} over {R _{A}} ) (25.2)여기서, 차동모드이득A _{d}는 두 저항비R _{F1} /R _{A1}와R _{F} /R _{A}읩 곱으로 표현되므로 큰 이득을 얻기가 용이하다. 또한 비반전 증폭기의 입력저항은 무한대 이므로 인스트루먼트 증폭기의 입력저항도 이득에 관계없이 무한대이다. 따라서 매우 큰 입력저항과 매우 높은 이득을 얻을 수 있는 장점을 갖게 된다. 또한, 차동 증폭기A _{3}의 공통모드 이득이 0이므로 인스트루먼트 증폭기의 공통모드이득A _{c} =0가 된다.한편, 이러한 구조의 인스트루먼트 증폭기는 다음과 같은 3가지 단점이 있다.1.A _{1}과A _{2}의 첫 단 버퍼증폭에서 입력 공통모드신호가 차동모드 신호와 마찬가지로 증폭되므로 차동증폭기A _{3}의 입력에 큰 공통모드이득신호를 야기시A}로 표시하였다.이 회로를 해석하기위해A _{1}과A _{2}의 두 비반전 증폭기의 입력에 가상단락조건을 적용하면 입력전압v _{1}과v _{2}가 2R _{A}로 표시된 저항 양단에 나타난다. 따라서 2R _{A}를 통해 흐르는 전류i=v _{d} /2R _{A}가 된다. 이 전류i는 가상단락조건에 의해 연산증폭기의 입력단자로 흐를 수 없으므로 모두R _{F}를 통하여 흐르게 되어A _{1}과A _{2}의 두 출력단자 사이에 다음과 같은 전압을 야기시킨다.v _{O2} -v _{O1} =2(R _{A} +R _{F} )i=(1+ {R _{F}} over {R _{A}} )v _{d} (25.3)따라서 인스트루먼트 증폭기의 출력전압v _{o}는 다음과 같이 구해진다.v _{o} = {R _{F1}} over {R _{A1}} (v _{O2} -v _{O1} )= {R _{F1}} over {R _{A1}} (1+ {R _{F}} over {R _{A}} )v _{d} (25.4)결과적으로 인스트루먼트 증폭기의 차동모드 이득A _{d}는 식(25.2)와 동일해짐을 알 수 있다.A _{d} == {v _{0}} over {v _{d}} = {R _{F1}} over {R _{A1}} (1+ {R _{F}} over {R _{A}} ) (25.5)한편, 그림 25.1(b)와 같이A _{1}과A _{2}의 첫 단 버터증폭회로에서 x점이 플로팅 될 경우 공통모드 신호v _{c}가 두 입력단자에 공통으로 인가되어도 가상단락에 의해A _{1}과A _{2}의 반전 단자에 같은 전압이 나타나게 되므로 공통모드 신호에 의해2R _{A}양단에 걸리는 전압은 0이고 따라서 흐르는 전류i=0가 된다. 또한2R _{A}에 전류가 흐르지 못하므로 두 귀환저항R _{F}를 통해 흐르는 전류도 0가 되어A _{1}과A _{2}의 출력전압은 입력전압v _{c}와 강타진다. 다시 말해서 저항R _{F}값에 관계없이A _{1}과A _{2}의 공통모드 이득(A _{c})은 항상 1이 되어 공통모을 변화시킴으로써 이득이 조절됨을 알 수 있다. 그림25.1(b)의 인스트루먼트 증폭기는 탁월한 특성을 갖는 차동 증폭기로서 다양한 전자기기의 입력 증폭기로 광범위하게 사용되고 있다.3. 실험 기기 및 부품(1) 기기 : 디지털 멀티미터 1대, 파형 발생기 1대, 직류전원장치 ±15V(50mA) 1채널,오실로스코프 2채널 1대, 브레드보드 1대(2) 부품 : 저항{(100 OMEGA (0.25W) 1개, (1k OMEGA (0.25W)) 3개, (10k OMEGA(0.25W)) 4개,(100k OMEGA (0.25W)) 2개},muA 741 op-amp 3개, 가변저항(10k OMEGA ) 1개4. 실험 내용 및 절차4.1 인스트루먼트 증폭기의 차동모드 동작(1) [그림 1]의 회로를 브레드보드에 구성한다. (단, 10kΩ 가변저항은 10kΩ으로 셋팅한다.)(2) 파형 발생기로 진폭 0.5V(첨두간 전압=1 V_p-p), 주파수=1KHz의 사인파를 발생시켜, [그림 1] 에 보인 것처럼 저항으로 구성된 전압 분배회로에 인가한다.(3) 오실로스코프의 CH 1을 회로의 입력단자(v_1)에 연결하고 수직설정에서 입력 커플링을 접지 (GND)로 선택하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상에 오도록 수직위치를 조절한 다음, 입 력 커플링을 다시 직류(DC) 결합으로 변경한다.(4) 오실로스코프의 CH 2을 회로의 입력단자(v _{2})에 연결하고 수직설정에서 입력 커플링을 접지 (GND)로 선택하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상이나 혹은, 원하는 위치에 오도록 수직 위치를 조절한 다음, 입력 커플링을 다시 직류(DC) 결합으로 변경한다.v _{1} `-`v_2의 전압 파형 을 오실로스코프로 측정하여 크기(진폭)를 [표 1]에 기록하고, 파형을 [그림 R1]에 그린다.(5) 오실로스코프의 CH2를 출력단자v_o로 옮겨서 전압 파형을 측정하여 크기(진폭)를 [표 1]에 기록하고, 파형을 [그림 R1]에 그린다.(6) 10kΩ가변저항 값을 [표 1]에 지시된 대로 록 수직위치를 조절한 다음, 입 력 커플링을 다시 직류(DC) 결합으로 변경한다. 입력파형의 크기(진폭)를 [표 2]에 기록하고, 파형을 [그림 R2]에 그린다.(4) 오실로스코프의 CH 2을 회로의 출력단자(v_o)에 연결하고 수직설정에서 입력 커플링을 접지 (GND)로 선택하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상이나 혹은, 원하는 위치에 오도록 수직 위치를 조절한 다음, 입력 커플링을 다시 직류(DC) 결합으로 변경한다.(5) 10kΩ가변저항 값을 표 2에 지시된 대로 변화시켜가며 오실로스코프에 나타난 입력 및 출력 파형을 측정하여 크기(진폭)를 [표 2]에 기록한다.(6) [표 2]의 측정결과로부터 공통모드 이득(A_o)를 계산하여 [표 2]에 기록한다.실험예비 보고서 문제1. 인스트루먼트 증폭기의 차동모드 동작원리를 설명하시오.인스트루먼트 증폭기는 차동 증폭기 입력에 한 쌍의 비반전 증폭기로써 입력버퍼를 구성하여 큰 이득에서 입력저항이 작아지는 문제를 해결한 것이다.A _{1``} ,``A _{2}로 표시된 비반전 증폭기는 각각v _{1}과v _{2}를 증폭하여A _{3}로 표시된 차동증폭기 입력에(1+R _{F} /R _{A} )v _{d}의 전압을 야기시킨다.차동증폭기의 출력전압은v _{o} = {R _{F1}} over {R _{A1}} (1+ {R _{F}} over {R _{A}} )v _{d}가 된다.인스트루먼트 증폭기의 차동모드 이득은A _{d} ` == ` {v _{o}} over {v _{d}} = {R _{F1}} over {R _{A1}} (1+ {R _{F}} over {R _{A}} )가 된다.2. 인스트루먼트 증폭기의 공통모드 동작원리를 설명하시오.인스트루먼트 증폭기는 차동 증폭기 입력에 한 쌍의 비반전 증폭기로써 입력버퍼를 구성하여 큰 이득에서 입력저항이 작아지는 문제를 해결한 것이다.왼쪽에 있는A _{1``} ,``A _{2} 차동증폭기 입력을 가하더라도A _{3}에도 차동증폭기이기 때문에 두 개의 입력이 들어가더라도 하나} =v _{O} /v _{d}1024mV660mV27.5824mV740mV30.83623mV880mV38.26424mV1.12V46.67226mV1.72V66.15023mV4.60V200그림 R1CH1입력신호(v _{1})200mV/DivTime:500mu Sec/DivCH2입력신호(v _{2})200mV/Div그림 R1CH1입력신호(v _{`1})200mV/DivTime:500mu Sec/DivCH2출력신호(v _{O})200mV/Div[표 2] 인스투루먼트 증폭기의 공통모드 동작10K OMEGA 가변저항[K OMEGA ]v _{c} (=v _{1} =v _{2} )v _{O}A _{c} =v _{O} /v _{c}101.04V8mV0.00881.04V8mV0.00861.04V8mV0.00841.04V8mV0.00821.04V8mV0.00801.04V8mV0.008그림 R2CH1입력신호(v _{c})1.00V/DivTime:500mu Sec/DivCH2출력신호(v _{O})100mV/Div2. 실험 결과 논의1. 연산 증폭기 1개로 구성된 차동 증폭기에 비해 인스트루먼트 증폭기가 유리한 점은 무엇인가?인스트루먼트 증폭기는 그림 25.1(a)에 보인 것처럼 앞에서의 차동 증폭기 입력에 한 쌍의 비반전 증폭기로써 입력버터를 구성하여 큰 이득에서 입력저항이 작아지는 문제를 해결한 것이다. 연산 증폭기 1개로 구성된 차동 증폭기의 입력저항(R _{id})은R _{id} == {v _{d}} over {i} =2R _{A}이다. 이러한 차동 증폭기는 큰 값의 차동모드 이득(R _{F} /R _{A})이 필요한 경우R _{A}가 필연적으로 작아질 수 밖에 없으므로 차동모드 입력저항(R _{id})이 작아지는 단점이 있다. 또한, 이 같은 구조는 차동모드 이득을 변화시키는 것이 용이하지 않다. 반면에 인스트루먼트 증폭기는 이러한 차동 증폭기 입력에 한 쌍의 비반전 증폭기로써 입력버터를 구성하여 큰 이득에서 입력저항이 작아지는 문제를 해결할 수 있는 점에서 유리하다.2.압

공학/기술| 2016.04.19| 8페이지| 3,000원| 조회(324)

가천대, 전자회로실험 25장, 권상직, 기현철, 전자공학실험 25장, 전자공학실험..

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전자공학실험 36장 - 위상천위 발진기 예비결과

36장 위상천이 발진기1. 실험 목적(1) 위상천이에 의한 발진 원리를 이해한다.(2) 귀환회로의 변화가 발진 주파수에 미치는 영향을 관찰한다.(3) 위상천이 발진기의 발진 조건과 발진에 필요한 최소이득을 이해한다.2. 관련이론2.1 위상천이 발진기그림 36.1은 위상천이 발진기의 기본 구조를 보여준다. 이득 A인 이상적인 전압 증폭기의 출력을 RC로 구성된 귀환회로를 통해 위상을 변화시켜 귀환시킴으로써 바르크하우젠의 발진기준을 만족시켜 발진을 하게 된다.커패시터 C의 임피던스를 jX라 놓고I_1,I_2 및I_3 루프에 대해 키르히호프의 전압법칙을 적용하면 식 (36.1)의 방정식을 얻는다.V_o = jXI_1 +R(I_1 - I_2) (36.1a)R(I_2 - I_1 ) + jXI_2 + R(I_2 - I_3 ) = 0 (36.1b)R(I_3 - I_2 ) + jXI_3 + RI_3 = 0 (36.1c)식(36.1)의 방정식을 연립하여 풀면 귀환율beta는 다음과 같이 구해진다.beta == {V_f} over {V_o } = {-1 } over {j({X} OVER {R}) { LEFT { 6-({X} OVER R ) ^2 RIGHT } +1 - 5({X} OVER {R} )^2 (36.2)한편, 이득 A는 실수이므로beta A = -1이 되기 위해서beta 도 실수여야 한다. 따라서 식(36.2)의 허수부 는 0이 되어야 한다.({X} OVER {R} ) LEFT { 6 - ({X} OVER {R} ) ^2 RIGHT } = 0 (36.3)식(36.3)으로부터 X/R=0과(X / R) ^2=6의 해가 얻어지거나 X/R=0는 의미없는 해가 되므로(X/R)^2 = 6의 해로부터 발진 주파수f_o를 구할 수 있다.({X} OVER {R} ) ^2 = ({-1} OVER {omega_0 RC } )^2 = ({-1} OVER {2 pi f_o RC} ) ^2 = 6f _{o} = {1} over {2 pi sqrt {6} RC} (36.4)식(36.4)를 식(3으로부터T = beta A = {1} over {29} TIMES A = -1 (36.6)이 되므로 발진을 위해 필요한 이득 A=-29가 된다.즉, RC회로로 구성된180 DEG위상-천이기에서 1/29의 감쇄가 발생하므로 증폭기의 이득이 29배 이상 이 되어야 이 감쇄 분을 상쇄시키고 루프이득이 1보다 커지게 하여 발진시킬 수 있다.3. 실험 기기 및 부품(1) 기기 : 디지털 멀티미터 1대, 직류전원장치 ±15V(50mA) 1채널,오실로스코프 2채널 1대, 브레드보드 1대(2) 부품 :mu A 741 op-amp 1개, 커패시터 (10nF 3개, 20nF 3개), 가변저항1M OMEGA 1개저항{10k OMEGA (0.25W) 1개,1M OMEGA (0.25W) 1개,2.2k OMEGA (0.25W) 3개,1k OMEGA (0.25W) 3개}4. 실험 내용 및 절차4.1 위상천이 발진기(1) 그림의 회로를 브레드 보드에 구성한다.(2) 오실로스코프의 CH1을 회로의 입력단자에 연결하고 수직설정에서 입력 커플링을 접지로 선택 하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상에 오도록 수직위치를 조절한 다음, 입력 커플링을 다시 교류결합으로 변경한다.(3) 오실로스코프에 나타난 출력 파형을 [그림 R1]에 그리고 주파수가 몇 Hz인지 측정하여 [표 1] 에 기입한다.(4) 저항 R과 커패시터 C를 [표 1]에 지시된 대로 바꾸어가며 측정된 주파수 값을 [표 1]에 기입 한다.(5) 1M OMEGA의 고정저항을 1M OMEGA의 가변저항으로 교체한 후, 가변저항 값을 조절하면서 출력 파형의 변화를 관찰하고, 특별히 출력파형이 사라지는 경계에서의 저항 값을 [표 1]에 기입한다.(6) [그림 2]의 회로를 브레드보드에 구성하고 (3)~(5)의 실험과정을 반복한다.실험예비 보고서 문제1. 바르크하우젠의 발진기준을 설명하시오.A _{f} == {x _{o}} over {x _{s}} = {A} over {1+ beta A}로 표현되는 귀환 시스템에서 루프이득(beta A)의 적인 전압 증폭기의 출력을 RC로 구성된 귀환회로를 통해 위상 을 변화시켜 귀환시킴으로써 바르크하우젠의 발진기준을 만족시켜 발진을 하게 된다. 즉, 위상천이 는 위상을 변화시키는 것이기 때문에 발진조건중 위상이 180°가 되게 하는 것이다.3. 병렬커패시터형 위상천이 발진기에서 발진 주파수를 구하는 수식을 유도하시오.그림에서 커패시터 C의 임피던스를 jX라 놓고I_1,I_2 및I_3 루프에 대해 키르히호프의 전압법칙을 적용하면V_o = jXI_1 +R(I_1 - I_2)R(I_2 - I_1 ) + jXI_2 + R(I_2 - I_3 ) = 0R(I_3 - I_2 ) + jXI_3 + RI_3 = 0 의 세 식을 얻을 수 있다.위의 방정식을 연립하여 풀면 귀환율beta는beta == {V_f} over {V_o } = {-1 } over {j({X} OVER {R}) { LEFT { 6-({X} OVER R ) ^2 RIGHT } +1 - 5({X} OVER {R} )^2 로 구할 수 있다.이득 A는 실수이므로beta A = -1이 되기 위해서beta 도 실수여야 한다.따라서beta == {V_f} over {V_o } = {-1 } over {j({X} OVER {R}) { LEFT { 6-({X} OVER R ) ^2 RIGHT } +1 - 5({X} OVER {R} )^2의 허수부는 0이 되어야 한다.그러므로({X} OVER {R} ) LEFT { 6 - ({X} OVER {R} ) ^2 RIGHT } = 0이 된다. 이 식을 이용하여 X/R=0과(X / R) ^2=6의 해가 얻어지거나X/R=0는 의미없는 해가 되므로(X/R)^2 = 6의 해로부터 발진 주파수f_o를 구할 수 있다.({X} OVER {R} ) ^2 = ({-1} OVER {omega_0 RC } )^2 = ({-1} OVER {2 pi f_o RC} ) ^2 = 6 즉,f _{o} = {1} over {2 pi sqrt {6} RC} 이 된다.36장 위상천이 발진기1. 실험 결과[표 1] 8 KHz발진 임계저항 값 [K OMEGA ]446K OMEGA 290K OMEGA병렬 커패시터형11010.570 KHz38.984 KHz2.2107.496 KHz17.720 KHz1208.157 KHz19.492 KHz발진 임계저항 값 [K OMEGA ]87.84K OMEGA 290K OMEGA[그림 R1] 병렬저항형 출력 파형(그림 R1-1) R= 1 [K OMEGA ] , C 10 [nF]CH1출력신호(v _{O})5.00V/DivTime:100mu Sec/Div(그림 R1-2) R= 2.2 [K OMEGA ] , C 10 [nF]CH1출력신호(v _{O})5.00V/DivTime:100mu Sec/Div(그림 R1-3) R= 1 [K OMEGA ] , C 20 [nF]CH1출력신호(v _{O})5.00V/DivTime:250mu Sec/Div[그림 R2] 병렬커패시터형 출력 파형(그림 R2-1) R= 1 [K OMEGA ] , C 10 [nF]CH1출력신호(v _{O})5.00V/DivTime:50.0mu Sec/Div(그림 R2-2) R= 2.2 [K OMEGA ] , C 10 [nF]CH1출력신호(v _{O})5.00V/DivTime:50.0mu Sec/Div(그림 R2-3) R= 1 [K OMEGA ] , C 20 [nF]CH1출력신호(v _{O})5.00V/DivTime:50.0mu Sec/Div2. 실험 결과 논의1. 귀환회로에서 C가 3개인 이유를 설명하고, 만약 C가 2개로도 발진할 수 있는지를 논하시오.위상천이 발진기는 이득 A인 이상적인 전압 증폭기의 출력을 RC로 구성된 귀환회로를 통해 위상을 변화시켜 귀환시킴으로써 바르크하우젠의 발진기준을 만족시켜 발진을 하게 된다. 즉, 위상천이는 위상을 변화시키는 것이기 때문에 발진조건중 위상이 180°가 되게 하는 것이다.A _{f} == {x _{o}} over {x _{s}} = {A} over {1+ beta A}로 표현되는 귀환 시스템에서 루프이득(beta A)의 크기가 1이고 위상이 1 된다. 이 위상차 θ는 입력의 주파수와 R과 C의 값에 의해 결정되며, 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.tan theta = Xc over R = 1 over {2pi f CR } ~~~left( Xc = 1 over {2pi f C } right)theta = arctan Xc over R그러므로 R의 값과 C의 값을 조정하면, 주어진 주파수에서 원하는 위상 편이 θ를 얻을 수 있게 된다. 이 귀환 회로의 경우 이와 같은 RC회로가 3개 연결되어 있으므로, 각각 60°의 위상 편이가 생기게 한다면 원하는 대로 총 180°의 위상 편이가 생기게 할 수 있다. 이때 진폭특성은 1보다 작다. 따라서 적절한 증폭률을 갖는 역상(위상 180°)증폭기를 이용하여 출력을 입력으로 귀환시키면 발진이 지속될 것이다. 위상편이 발진기는 이러한 원리를 이용한 발진기이다.따라서, 만약 C가 2개라면 바르크하우젠의 발진 기준인beta A=-1 즉, 루프이득(beta A)의 크기가 1이고 위상이 180°가 되는 것을 만족하지 못하기 때문에 발진할 수 없게 된다. 위상변이가 가능한 RC단이 적어도 3개는 있어야 한다. 즉, 60°의 위상 차이를 내는 R과 C를 세 번 사용하여, 전체 180 °의 위상 차이를 나타냄으로써 발진할 수 있도록 해야한다.2. 위상천이 발진기에서 증폭기의 이득이 발진에 어떤 영향을 미치고 있었는가?beta A = -1의 조건으로부터T = beta A = {1} over {29} TIMES A = -1 (36.6)이 되므로 발진을 위해 필요한 이득 A=-29가 된다.즉, RC회로로 구성된180 DEG위상-천이기에서 1/29의 감쇄가 발생하므로 증폭기의 이득이 29배 이상 이 되어야 이 감쇄 분을 상쇄시키고 루프이득이 1보다 커지게 하여 발진시킬 수 있다.다시 말해, 발진주파수의 졍현파는 3단 위상 선행 회로를 통과하면서 180°위상 편이가 생겼지만 진폭은 1/29로 줄어들었으므로 반전증폭기에 의해 나머지 180°위상 편이가 생기고 동시에 29배의 진폭 증가있다.

공학/기술| 2016.04.19| 7페이지| 3,000원| 조회(409)

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전자공학실험 37장 - 윈브리지 발진기 예비결과

37장 윈브리지 발진기1. 실험 목적(1) 윈브리지 발진기의 발진 원리를 이해한다.(2) 귀환회로가 발진 주파수에 미치는 영향을 관찰한다.(3) 윈브리지 발진기의 발진조건을 이해한다.2. 관련이론2.1 윈브리지 발진기그림 37.1은 윈브리지 발진기의 구조를 보여준다. 윈브리지 발진기는 가장 단순한 발진기 구조 중의 하나로서 이득A=(1+R _{F} /R _{A} )인 비반전 증폭기의 출력을 두 임피던스Z _{s} `와`Z _{P}로 전압분배하여 귀환 시킴으로써 위상을 변화시켜 바르크하우젠의 발진기준을 만족시킨다.그림 37.1로부터 귀환율beta 는 다음과 같이 구해진다.beta == {V _{f}} over {V _{o}} =- {Z _{P}} over {Z _{S} +Z _{P}} =- {omega RC} over {j( omega ^{2} R ^{2} C ^{2} -1)+3 omega RC} (37.1)한편,A=(1+R _{F} /R _{A} )로 실수이므로beta A=-1이 되기 위해서beta 도 실수여야 한다. 따라서 식(37.1) 의 허수부는 0가 되어야한다.omega _{o} ^{2} R ^{2} C ^{2} -1`=0 (37.2)식 (37.2)의 조건으로부터 발진 주파수f _{o}는 다음과 같이 구해진다.f _{o} = {1} over {2 pi RC} (37.3)또한, 식(37.3)을 식(37.1)에 대입하면 귀환율beta 는 다음과 같이 구해진다.beta =- {1} over {3} (37.4)따라서beta A=-1의 조건으로부터T= beta A=- {1} over {3} TIMES (1+ {R _{F}} over {R _{A}} )=-1 (37.5)이 되므로 발진을 위해 필요한 최소 이득A=(1+R _{F} /R _{A} )=3 이 된다.윈브리지 발진기는 일반적으로 수백Hz~수십KHz의 주파수 범위에서 사용된다.3. 실험 기기 및 부품(1) 기기 : 디지털 멀티미터 1대, 직류전원장치 ±15V(50mA) 1채널,오실로스코프 2채널 1대, 브레드보드 1대(2) 부품 :mu A 741 op-amp 1개, 커패시터 (1nF 2개,10nF 2개), 가변저항1K OMEGA 1개저항{220 OMEGA (0.25W) 1개,10K OMEGA (0.25W) 2개,100K OMEGA (0.25W) 2개}4. 실험 내용 및 절차4.1 윈브리지 발진기(1) [그림1]의 회로를 브레드 보드에 구성한다.(R=10K OMEGA ,`C=1nF, 가변저항은440 OMEGA 으로 설정)(2) 오실로스코프의 CH1을 회로의 입력단자에 연결하고 수직설정에서 입력 커플링을 접지로 선 택하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상에 오도록 수직위치를 조절한 다음, 입력 커플링을 다시 교류결합으로 변경한다.(3) 오실로스코프의 출력 파형으로부터 발진주파수가 몇 Hz인지 측정하여 [표1]에 기입한다.(4) 가변저항 값을 조절하면서 출력 파형의 변화를 관찰하고, 특별히 출력파형이 사라지는 경계에 서의 저항 값을 [표1]에 기입한다.(5) 저항 R과 커패시터 C를 [표 1]에 지시된 대로 바꾸어가며 (3)~(4)실험 과정을 반복한다.(6)R=100K OMEGA ,`C=10nF 인 경우에 오실로스코프에 나타난 출력 파형을 [그림 R1]에 그린다.실험예비 보고서 문제1. 윈브리지 발진기의 발진 원리를 설명하시오.그림 37.1은 윈브리지 발진기의 구조를 보여준다. 윈브리지 발진기는 가장 단순한 발진기 구조 중의 하나로서 윈브리지 발진기는 이득A=(1+R _{F} /R _{A} )인 비반전 증폭기의 출력을 두 임피던스Z _{s} `와`Z _{P}로 전압분배하여 귀환 시킴으로써 위상을 변화시켜 바르크하우젠의 발진기준을 만족시킨다.2. 윈브리지 발진기의 발진주파수를 구하시오.그림 37.1로부터 귀환율beta 는beta == {V _{f}} over {V _{o}} =- {Z _{P}} over {Z _{S} +Z _{P}} =- {omega RC} over {j( omega ^{2} R ^{2} C ^{2} -1)+3 omega RC} 로 구해진다.A=(1+R _{F} /R _{A} )로 실수이므로beta A=-1이 되기 위해서beta 도 실수여야 한다. 따라서 식beta == {V _{f}} over {V _{o}} =- {Z _{P}} over {Z _{S} +Z _{P}} =- {omega RC} over {j( omega ^{2} R ^{2} C ^{2} -1)+3 omega RC}의 허수부는 0가 되어야한다. 그러므로omega _{o} ^{2} R ^{2} C ^{2} -1`=0이 된다.이로부터 발진주파수를 구하면 발진주파수는f _{o} = {1} over {2 pi RC} 이 된다.3. 윈브리지 발진기에서 발진에 필요한 증폭기의 최소 이득을 구하시오.위의 문제에서 구한 발진주파수의 식을 귀환율의 식에 대입하면 귀환율beta =- {1} over {3} 이 된다.따라서beta A=-1의 조건으로부터T= beta A=- {1} over {3} TIMES (1+ {R _{F}} over {R _{A}} )=-1 이 되므로 발진을 위해 필요한 최소 이득A=(1+R _{F} /R _{A} )=3 이 된다.37장 윈브리지 발진기1. 실험 결과[표 1] 윈브리지 발진기R [K OMEGA ]C [nF]발진주파수발진 임계저항 값측정 값[KHz]계산 값[KHz]측정값[K OMEGA ]계산 값[K OMEGA ]10117.11 KHz15.915 KHz431.46OMEGA 440OMEGA10101.618 KHz1.591 KHz427.90OMEGA 440OMEGA10011.776 KHz1.591 KHz427.51OMEGA 440OMEGA10010341.0 Hz159.15 Hz443.92OMEGA 440OMEGA[그림 R1] 병렬저항형 출력 파형(그림 R1-1) R = 10 [K OMEGA ] , C = 1 [nF]CH1출력신호(v _{O})2.00V/DivTime:25.0mu Sec/Div(그림 R1-2) R = 10 [K OMEGA ] , C = 10 [nF]CH1출력신호(v _{O})5.00V/DivTime:250mu Sec/Div(그림 R1-3) R = 100 [K OMEGA ] , C = 1 [nF]CH1출력신호(v _{O})5.00V/DivTime:250mu Sec/Div(그림 R1-4) R = 100 [K OMEGA ] , C = 10 [nF]CH1출력신호(v _{O})5.00mV/DivTime:10.0msSec/Div2. 실험 결과 논의1. 귀환회로에서 C가 커지면 어떠한 특성변화가 나타나는가?이 귀환회로에서 발진 주파수f _{o} = {1} over {2 pi RC}은 C가 커질수록 그 값이 작게 된다. 실험 결과에서도 보듯이 R=10[K OMEGA ], C=1[nF] 일 때, 발진주파수 계산값f _{o} = {1} over {2 pi (10KΩ)(1nF)} =15.915`KHz였으나, R=10[K OMEGA ], C=10[nF] 일 때, 발진주파수 계산값f _{o} = {1} over {2 pi (10KΩ)(10nF)} =1.591`KHz이 되었다. 따라서, 귀환회로에서 C가 커짐에 따라 발진 주파수f _{o}값이 커지게 된다.2. 귀환회로에서 R이 커지면 어떠한 특성변화가 나타나는가?위의 귀환회로에서 발진 주파수f _{o} = {1} over {2 pi RC}은 R이 커질수록 그 값이 작게 된다. 실험 결과에서도 보듯이 R=10[K OMEGA ], C=1[nF] 일 때, 발진주파수 계산값f _{o} = {1} over {2 pi (10KΩ)(1nF)} =15.915`KHz였으나, R=100[K OMEGA ], C=1[nF] 일 때, 발진주파수 계산값f _{o} = {1} over {2 pi (100KΩ)(1nF)} =1.591`KHz이 되었다. 따라서, 귀환회로에서 R이 커짐에 따라 발진 주파수f _{o}값이 커지게 된다.3. 윈브리지 발진기에서 정귀환을 위한 귀환회로는 RC병렬회로와 RC직렬회로로 구성되어 있다. RC병렬회로와 RC직렬회로는 서로 다른 주파수 특성을 보인다. 이와 연관시켜 윈브리지 발진기의 발진원리를 설명해 보시오.이상형 병렬 R형 발진회로는 콜렉터측의 출력전압을 콘덴서C와 저항R을 이용해서 위상을 바꾸어 베이스에 정귀환을 걸어주는 발진회로이다.이상형 병렬 R형 발진회로는 병렬저항으로 고역통과형이 된다. 콘덴서에는 주파수f가 작을수록 값이 큰 임피던스가 걸립니다. 따라서 주파수가 낮을수록 Xc에는 큰값이 저항에는 작은값의 전압이 걸린다. Xc에 걸리는 저항보다 R에 걸리는 저항이 작아지므로 (전압분배 법칙에 의해서) 저주파일땐 차단되게 된다. 따라서, 저주파 발진기의 출력 파형을 정현파에 가깝게 하기 위해 일반적으로 이용되는 회로가 고역 통과 필터 이다.이상형 병렬 C형 발진회로는 R형에 이용된 저항과 콘덴서의 위치를 바꾼 형태로 동작원리는 R형과 유사하며 다만 발진주파수의 형태가 약간 달리 나타나는 것 외에는 R형과 동일하다.

공학/기술| 2016.04.19| 6페이지| 3,000원| 조회(289)

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전자공학실험 29장 - 연산증폭기의 주파수특성 예비결과

29장 연산증폭기의 주파수특성1. 실험 목적(1) 실용 연산증폭기의 주파수 특성을 이해한다.(2) 유한한 대역폭이 연산증폭기를 이용한 증폭기에 어떤 영향을 미치는지를 이해한다.(3) 실용 연산증폭기의 유한한 대역폭 특성을 극복하기 위한 설계법을 이해한다.2. 관련이론2.1 유한한 대역폭의 영향실용 연산 증폭기의 주파수 특성은 다음의 식(29.1)과 같이 1-폴 시스템으로 간주 할 수 있다.A(s) = { A_o} over { 1+s/w_H} (29.1)여기서,A_o는 개방루프 이득의 평탄 대역에서의 값이고,w_H는 3-dB대역폭이다. 그림 29.1은 식 (29.1)의 1-폴 시스템을 가정한 실용 연산 증폭기의 주파수 응답 특성을 보여준다.그림 29.2와 같이 비반전 증폭기를 구성하여 폐루프 이득A_f를 구하기로 하자. 일반적인 경우 개 방루프 이득A_o가 충분히 커서 근사적으로 가상접지 조건을 적용할 수 있으므로 여기서도 가상접지 조건을 적용할 수 있을 정도로 개방루프 이득A _{o}가 충분히 크다고 가정하기로 한다.그림 29.2의 회로에서 v-단자에서 키르히호프 전류법칙을 적용함으로써 다음의 관계식을 얻는다.v _{-`} `=` {R _{A}} over {R _{A} +R _{F}} v _{O} (29.2)한편v _{+} `=`v _{i}이므로 출력 전압v _{O}은 다음과 같이 표현된다.v _{O```} `=`A(s)(v _{+} `-`v _{-} ) = A(s)(v_I -{R _{A}} over {R _{A} +R _{F}} v _{O} ) 윗 식을v_O와v_I에 대해 정리하면v _{O```}(1 +{R _{A}A(s)} over {R _{A} +Z _{F}})=A(s)``v_I 따라서 폐루프 이득A_f는 다음 수식으로 구해진다.A_f (s) == { v_O} over {v_I } = { A(s)} over {1+ gamma``A(s) } (29.3)여기서,gamma = { R_A} over { R_A + R_F}이다.식 (29.1)을 식 (29.3)에 ````````````````````````````````````````` gamma A _{o} >> 1#A _{f} (s)= {A _{o}} over {1+ gamma A _{o} +s/w _{H}} ```````` ^{`````} APPROX ```````````` {1} over {gamma } {1} over {1+s`/`( gamma ``A _{o} ``w _{H} )}(29.4)식(29.4)로부터 폐루프 이득A _{f}의 3-dB의 대역폭w _{Hf}를 구하면w _{Hf``} = gammaA_o w_H(29.5)식(29.5)은 다음과 같이 정리된다.{ 1} over {gamma }w_Hf = A_o w_H(29.6)여기서1/ gamma = (1+R_F`` / R_A )로서 비반전 증폭기의 이득이다. 따라서 식(29.6)은 좌항 폐루프 이득과 대역폭곱이 우항의 개방루프 이득과 대역폭곱과 같음을 의미한다. 즉, 그림 29.1의 주파수 응답 특 성에서 볼 수 있듯이 부귀환으로 대역폭을 증가시키면 이득이 감소하게 되므로 이득-대역폭곱 (GBP)은 항상 일정하게 유지됨을 보여준다.따라서 증폭기의 성능은 이득-대역폭곱으로 표현된다. 예를 들어 μA741 연산증폭기의 경우이득-대역폭 곱(GBP)은10^6[Hz]가 되며 식(29.7)의 관계식이 성립한다.GBP=A _{of} ```f _{Hf} = (1+ { R_F} over { R_A} )f_Hf = A_o ``f_H = 10^6(29.7)다시 말해, 식(29.7)의 관계식을 이용하면 귀환을 통해 이득과 대역폭을 조절할 수 있다.[예제 29.1] 전압이득이 400이고 대역폭이 20KHz이상이 되는 증폭기를 μA741 연산증폭기를 써 서 설계하라.(풀이) μA741 연산증폭기의 이득-대역폭 곱(GBP)이10^6이므로 20KHz대역폭을 1단 증폭으로 구현할 경우 얻을 수 있는 최대 이득은A_of = { GBP} over {f_Hf } = { 10^6} over {20 TIMES10^3 } = 5050으로서 필요로 설정한다면 400의 이득을 구현할 수 있다. 따라서 이득이 20인 증폭단을 설계하면A_of = 1+ { R_F} over { R_A} = 20이므로R_F/R_A=19를 만족해야 한다. 만약R_A = 10KΩ으로 설정하면R_F =190KΩ이 된다. 그림 29.3은 설계된 회로도를 보여 주고 있다. 설계된 회로의 대역폭은f_Hf `=` { GBP} over A_{of}```` = ``{ 10^6} over {20 }```=```50 TIMES10^3 Hz50KHz가 되어 설계스펙인 20KHz이상의 조건을 만족한다.3. 실험 기기 및 부품(1) 기기 : 디지털 멀티미터 1대, 파형 발생기 1대, 직류전원장치 ±15V(50mA) 1채널,오실로스코프 2채널 1대, 브레드보드 1대(2) 부품 :mu A 741 op-amp 3개, 저항 {10k OMEGA(0.25W) 3개,7.5k OMEGA (0.25W) 2개,30k OMEGA (0.25W) 2개,150k OMEGA (0.25W) 1개,9.1k OMEGA (0.25W) 1개}4. 실험 내용 및 절차4.1 1단 증폭기의 대역폭(1) [그림 1]의 회로를 브레드 보드에 구성한다.(2) 파형 발생기(V_i)로 진폭 0.1V(첨두간 전압=0.2V_p-p)의 사인파를 발생시키도록 한다.주파수는 [표 1]에 지시된 대로 변화 시켜가며 실험한다.(3) 오실로스코프의 CH1를 회로의 입력단자(v _{i})에 연결하고 수직설정에서 입력 커플링을 접지 (GND)로 선택하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상에 오도록 수직위치를 조절한 다음, 입력 커플링을 다시 교류(AC) 결합으로 변경한다.(4) 오실로스코프 CH2로부터 출력단자(v _{o})에 연결하고 수직설정에서 입력 커플링을 접지(GND)로 선택 하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상이나 혹은, 원하는 위치에 오도록 수직위치를 조절 한 다음, 입력 커플링을 다시 교류(AC) 결합으로 변경한다.(5)v_i와v_o의 전압 파형을 오실로스코프로 측정하여 각각의 진폭을 구하여 [표 1i } |(1)4.2 1단 증폭기의 대역폭(1) [그림 2]의 회로를 브레드 보드에 구성한 후에 위의 과정을 반복하여v_i와v_o의 전압 파형을 오 실로스코프로 측정하고 각각의 진폭을 구하여 [표 2]에 기록한다.(2) 식(1)로 전압이득|A_v |를 계산하여 [표 2]에 기록한다.실험예비 보고서 문제1. 실용 연산 증폭기의 주파수 특성을 설명하시오.실용 연산 증폭기의 주파수 특성은 식A(s) = { A_o} over { 1+s/w_H}과 같이 1-폴 시스템으로 간주 할 수 있 다.(A_o는 개방루프 이득의 평탄 대역에서의 값,w_H는 3-dB대역폭)그림은 식A(s) = { A_o} over { 1+s/w_H}의 1-폴 시스템을 가정한 실용 연산 증폭기의 주파수 응답 특성을 보 여준다.29장 연산증폭기의 주파수특성1. 실험 결과[표 1] 1단 증폭기주파수 [Hz]1001K10K100K1M10M30M100Mv _{i}124 mV124 mV124 mV124 mV124 mV82 mV--v _{o}1.92 V1.92 V1.92 V1.04 V100 mV40 mV--LEFT | A _{v} RIGHT |15.4815.4815.488.390.810.4800[표 2] 2단 증폭기주파수 [Hz]1001K10K100K1M10M30M100Mv _{i}120 mV120 mV120 mV120mV120 mV82 mV--v _{o}2 V2 V2 V1.64 V100 mV30 mV--LEFT | A _{v} RIGHT |16.6716.6716.6713.670.830.36002. 실험 결과 논의1. 위에서 구한 [표 1]의 결과를 [그림 R1]의 세미로그 용지에 그래프로 그리시오.2. 위의 그래프를 보고 주파수 응답의 특징을 설명하시오.이상적인 연산 증폭기와는 달리 실제의 연산 증폭기는 주파수에 따라서 이득이 변화한다. [그림 R1]에 나타난 바와 같이 741 연산증폭기의 전압이득을 주파수의 함수로 나타내었다. 10kHz까지의 낮은 주파수에서는 전압이득은 15.48V로 값이 일정하나 주파수를1이 될 때의 주파수를 단위이득 또는 차단주파수라고 한다. 즉, 차단주파수는 평탄한 부분에 대해 ?3dB(0.707) 떨어지는 지점의 주파수로 대역폭은 ?3dB만큼 떨어지는 구간을 의미한다. 표의 차단주파수는 대략 1MHz보다 조금 작은 값임을 알 수 있다.OP-Amp의 중요한 상수로 이득 대역폭적(GBP:Gain-Band-Width Product)이 있으며 개방이득과 주파수의 곱을 GB적 이라 하고 이득 곡선내에서는 일정한 값을 갖는다.GBP=A _{of} ```f _{Hf} = (1+ { R_F} over { R_A} )f_Hf = A_o ``f_H = 10^6로 이는 [그림 R1]의 주파수 응답 특성에서 볼 수 있듯이 부귀환으로 대역폭을 증가시키면 이득이 감소하게 되므로 GBP는 일정하게 유지됨을 보여준다. 즉, 피드백이 없을 때 GBP과 피드백이 있을 때 GBP는 약간의 오차가 나지만 대략적으로 같다는 것을 표를 통해 알 수 있었다.이런 오차가 난 이유는 1. 디지털 멀티미터와 오실로스코프 자체 내부의 저항으로 인한 오차가 있었고 2. 주변온도에 따른 오차로 저항의 경우 주변 온도가 바뀌면 저항값도 조금씩 바뀌기 때문이었다. 3. 저항 값이 낮은 경우 디지털 멀티미터기의 리드선에 포함된 저항에 의해 오차가 발생할 수 있다. 4. 교류 전압 발생기를 사용하는데 Hz가 정확히 고정되지 않아서 오차가 발생하였다.3. 위에서 구한 [표 2]의 결과를 [그림 R2]의 세미로그 용지에 그래프로 그리시오.4. 위의 그래프를 보고 주파수 응답의 특징을 설명하시오.이상적인 연산 증폭기와는 달리 실제의 연산 증폭기는 주파수에 따라서 이득이 변화한다. [그림 R2]에 나타난 바와 같이 741 2단 연산증폭기의 전압이득을 주파수의 함수로 나타내었다. 10kHz까지의 낮은 주파수에서는 전압이득은 16.67V로 값이 일정하나 주파수를 높게할수록 그래프가 감소하는 기울기를 보이는 것을 알 수 있다. 이 기울기는 이득이 1, 즉 0dB이 될 때까지 계속 감소하고 이득이 1이 될 때.

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전자공학실험 24장 - 쉬미트 트리거 예비결과 평가A+최고예요

24장 쉬미트 트리거1. 실험 목적(1) 쉬미트 트리거의 동작을 이해한다.(2) 쉬미트 트리거 전달특성곡선을 구한다.(3) 쉬미트 트리거 잡음에 대한 영향을 확인한다.2. 관련 이론2.1 쉬미트 트리거그림 24.1(a)는 쉬미트 트리거 회로를 보여주고 있다. 반전단자에 입력을 인가하므로 출력이 반전되어 나타나는 반전 쉬미트 트리거이다. 앞서의 비교기와 달라진 점은 출력전압을R _{1}과R _{2}로 전압 분배하여 비교 기준전압으로 삼는다는 점이다.쉬미트 트리거의 동작을 해석하기 위해 우선v _{o} =-V _{sat}의 상태에 있다고 가정하고 이 때의 비교기준전압V _{LT}를 구하면 전압 분배법칙에 의해 다음 수식으로 구해진다.V _{LT} =V _{B} {R _{2}} over {R _{1} +R _{2}} -V _{sat} {R _{1}} over {R _{1} +R _{2}} (24.1)이 때에 입력v _{I}를 감소시켜 출력을 토글시키려면V _{LT}이하로 감소시켜야 한다. 따라서 그림 24.1(b)의 전달특성 곡선 중 아래의 경로를 따르는 특성을 보이게 된다.이번에는v _{o} =+V _{sat}의 상태에 있을 때 비교기준전압V _{UT}를 구하면 전압 분배법칙에 의해 다음 수식으로 구해진다.V _{UT} =V _{B} {R _{2}} over {R _{1} +R _{2}} +V _{sat} {R _{2}} over {R _{1} +R _{2}} (24.2)이 때에 입력v _{I}를 증가시켜 출력을 토글시키려면V _{UT}이상으로 증가시켜야 한다. 따라서 그림 24.1(b)의 전달특성 곡선 중 위의 경로를 따르는 특성을 보이게 된다.결과적으로 입력v _{I}가 낮은 전압에서 높은 전압으로 증가하여 출력v _{o}를 토글할 때의 비교기준전압이V _{UT}인 반면에 입력v _{I}가 높은 전압에서 낮은 전압으로 감소하여 출력v _{O}를 토글할 때의 비교기준전압은V _{LT}로서 서로 다르게 되어 그림 24.1(b)의 전달특성 곡선에서 보는 바와 같은 피크치V _{np}가 출력을 토글시키지 못하게 하려면 히스테리시스V _{hys} >V _{np}의 조건을 만족시켜줘야 한다. 따라서 식 (24.3)으로부터V _{hys} == V _{UT} -V _{LT} = {2R _{1}} over {R _{1} +R _{2}} V _{sat} >V _{np}의 조건을 만족하도록 쉬미트 트리거를 설계하여여 한다. 또한, 0레벨 검출기가 되기 위해서V _{B} =0V로 설정한다.이 경우 한번 결정된 출력은V _{hys}보다 큰 입력의 반전이 있지 않는 한 그래도 유지되므로 잡음의 영향을 받지 않고 그림 24.2의 출력 특성에서 볼 수 있듯이 올바른 0레벨 검출기 기능을 수행할 수 있음을 알 수 있다.3. 실험 기기 및 부품(1) 기기 : 디지털 멀티미터 2대, 파형 발생기 1대, 직류전원장치 ±15V(50mA) 1채널,오실로스코프 2채널 1대, 브레드보드 1대(2) 부품 : 저항{(10k OMEGA(0.25W)) 1개, (22k OMEGA (0.25W)) 1개, (1k OMEGA (0.25W)) 1개}muA 741 op-amp 1개, 가변저항(100k OMEGA (0.25W)) 1개, 커패시터(330 mu F) 1개4. 실험 내용 및 절차4.1 쉬미트 트리거의 전달특성 곡선(1) [그림 1]의 회로를 브레드 보드에 구성한다.(2) 오실로스코프의 CH1을 회로의 입력단자(V _{I})에 연결하고 수직설정에서 입력 커플링을 접지로 선택하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상에 오도록 수직위치를 조절한 다음, 입력 커플링을 다시 직류 결합으로 변경한다.(3) 오실로스코프의 CH2를 회로의 기준단자(V _{REF})에 연결하고 수직설정에서 입력 커플링을 접지로 선택하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상에 오도록 수직위치를 조절한 다음, 입력 커플링을 다시 직류 결합으로 변경한다.(4) 가변저항을 조절하면서 오실로스코프의 CH2로 전압을 측정하여V _{REF} =2[V]가 되도록한다.(5) 오실로스코프의 CH2를 회로의 출력 리거 동작(1) [그림 2]의 회로를 브레드 보드에 구성한다.(2) 파형발생기로 진폭5V(첨두간 전압=10V _{P-P}), 주파수=100Hz의 사인파를 발생시켜 입력단자(V _{I})에 연결한다.(3) 오실로스코프의 CH1을 회로의 입력단자(V _{I})에 연결하고 수직설정에서 입력 커플링을 접지(GND)로 선택하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상에 오도록 수직위치를 조절한 다음, 입력 커플링을 다시 직류 결합으로 변경한다.(4) 오실로스코프의 CH2를 회로의 기준단자(V _{REF})에 연결하고 수직설정에서 입력커플링을 접지로 선택하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상에 오도록 수직위치를 조절한 다음, 입력 커플링을 다시 직류 결합으로 변경한다.(5) 가변저항을 조절하면서 오실로스코프의 CH2로 전압을 측정하여V _{REF} =2[V]가 되도록 한다.(6) 오실로스코프의 CH2를 회로의 출력 단자(V _{O})에 연결한다.(7) 입력파형v _{I}와 출력파형v _{O}를 [그림 R2]에 그리시오.4.3 잡음이 있을 때의 쉬미트 트리거 동작(1) [그림 3]의 회로를 브레드보드에 구성한다.(2) 파형 발생기로 진폭5V[첨두간 전압=10V _{P-P}], 주파수=100Hz의 사인파를 발생시켜 입력단자(V _{I} )에 연결한다.(3) 오실로스코프의 CH1을 회로의 입력단자(V _{I})에 연결하고 수직설정에서 입력 커플링을 접지로 선택하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상에 오도록 수직위치를 조절한 다음, 입력 커플링을 다시 직류 결합으로 변경한다.(4) 오실로스코프의 CH2를 회로의 기준단자(V _{REF})에 연결하고 수직설정에서 입력이 커플링을 접지로 선택하여 0[V] 접지레벨이 화면의 수평축 상에 오도록 수직위치를 조절한 다음, 입 력 커플링을 다시 직류 결합으로 변경한다.(5) 가변저항을 조절하면서 오실로스코프의 CH2로 전압을 측정하여V _{REF}=2[V]가 되도록 한다.(6) 오실로스코프의 CH2를 회로의 출력 단자(V _{O})에 려면V _{LT}이하로 감소시켜야 한다. 따라서 그림 24.1(b)의 전달특성 곡선 중 아래의 경로를 따르는 특성을 보이게 된다.이번에는v _{o} =+V _{sat}의 상태에 있을 때 비교기준전압V _{UT}를 구하면 전압 분배법칙에 의해 다음 수식으로 구해진다.V _{UT} =V _{B} {R _{2}} over {R _{1} +R _{2}} +V _{sat} {R _{2}} over {R _{1} +R _{2}} (24.2)이 때에 입력v _{I}를 증가시켜 출력을 토글시키려면V _{UT}이상으로 증가시켜야 한다. 따라서 그림 24.1(b)의 전달특성 곡선 중 위의 경로를 따르는 특성을 보이게 된다.2. 기준전압 변화에 따른 쉬미트 트리거의 전달특성곡선의 변화를 설명하시오.결과적으로 입력v _{I}가 낮은 전압에서 높은 전압으로 증가하여 출력v _{o}를 토글할 때의 비교기준전압이V _{UT}인 반면에 입력v _{I}가 높은 전압에서 낮은 전압으로 감소하여 출력v _{O}를 토글할 때의 비교기준전압은V _{LT}로서 서로 다르게 되어 그림 24.1(b)의 전달특성 곡선에서 보는 바와 같은 히스테리시스 루프(hysteresis loop)를 형성한다.3. 잡음이 쉬미트 트리거의 동작에 미치는 영향을 설명하시오.쉬미트 트리거는 잡음에 내성이 있다. 입력v _{I}가 낮은 전압에서 높은 전압으로 증가하여 출력v _{O}를 토글할 때 입력전압이V _{UT} 보다 높아야 출력이 low가 된다. 만약 입력에 잡음이 섞이게 되면 약간 출렁이는 상태가 되는데, 입력이 높은 전압에서 깨끗하게 유지되는 것이 아니라 잡음이 섞여 약간의 전압이 잠시 떨어지게 된다. 여기서 그냥 비교기를 사용하였다면 출력이 low이어야하나 잡음에 의해서 약간의 전압강하가 발생하게되어 입력이 순간 낮은 전압이 들어온 것으로 판단하여 high를 내보내게 된다. 하지만 쉬미트 트리거를 사용할 경우에는V _{LT}만큼 충분히 입력전압이 떨어져야만 high가 되게 된다. 즉, 입력신호의 잡음에 의한 전압34.6-136.6-138.6-130.814.62.8-134.8-136.8-138.8-131.014.63.0-135.0-137.0-139.0-131.214.63.2-135.2-137.2-139.2-131.414.63.4-135.4-137.4-139.4-131.614.63.6-135.6-137.6-139.6-131.814.63.8-135.8-137.8-139.8-13[표 2] 쉬미트 트리거의 전달특성곡선(9.8?0V) [V _{REF} =2V]v _{I}[V]v _{O}[V]v _{I}[V]v _{O}[V][v _{I}V]v _{O}[V]v _{I}[V]v _{O}[V]v _{I}[V]v _{O}[V]9.8-137.8-135.8-133.8-131.8-139.6-137.6-135.6-133.6-131.6-139.4-137.4-135.4-133.4-131.414.69.2-137.2-135.2-133.2-131.214.69.0-137.0-135.0-133.0-131.014.68.8-136.8-134.8-132.8-130.814.68.6-136.6-134.6-132.6-130.614.68.4-136.4-134.4-132.4-130.414.68.2-136.2-134.2-132.2-130.214.68.0-136.0-134.0-132.0-130.014.61.2 쉬미트 트리거 동작그림 R2CH1입력신호(v _{I})5.00V/DivTime:5.00mSec/DivCH2출력신호(v _{O})5.00V/Div1.3 잡음이 있을 때의 쉬미트 트리거 동작그림 R3CH1입력신호(v _{I})5.00V/DivTime:500mu Sec/DivCH2출력신호(v _{O})5.00V/Div2. 실험 결과 논의1. 히스테리시스 현상이 발생하는 원인을 설명하시오.우선v _{o} =-V _{sat}의 상태에 있다고 가정하고 이 때의 비교기준전압V _{LT}를 구하면 전압 분배법칙에 의해 다음 수식으로 구해진다.V _{LT} =V _{B} {R _{2}} over {R _{1} +R _{2}} -V _.2)

공학/기술| 2016.04.19| 8페이지| 3,000원| 조회(205)

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