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[기초실험2 예비보고서] 미분기 적분기

예비 보고서실험 제목 : 미분기, 적분기실험 날짜 : 2011.09.21과목명 : 기초 실험 및 설계21. 실험목적어떻게 미분기와 적분기 회로를 구성하는지, 그리고 그 동작의 이해를 목적으로 한다.2 실험이론(1)OP-AMP를 이용한 미분기ⓐ은 OP-AMP 미분기의 회로도로서 앞서 실험한 비 반전 증폭회로에서 저항R1을캐퍼시터로 교환한 것과 같다고 할 수 있다. 이 때 소자의 특성을 이용하여 회로를 해석 하여 입/출력 전압의 관계를 나타내어 보면, 에서(가상 접지에서 전압이 0V 이므로)(캐퍼시터의 기본성질에 의하여)라고 나타낼 수 있다. 그런데, 이상적인 OP-AMP를 가정할 대 그 임피던스가 ∞(무한대)이므로 If = Iin 라 나타 낼 수 있으므로, 입/출력 전압의 관계식은 아래와 같다.즉, 출력전압이 입력전압의 미분 값에 관계된 식으로 나타난다. 따라서 이 회로를 미분기라고 부르는 것이다. 이 때 RfC는 시정수이다.ⓑ하지만, 실제 회로에서는 고주파 잡음에 의한 영향을 줄이기 위해 와 같이캐퍼시터에 직렬로 저항 Rs를 연결한다. 그 이유는 입력전류 Iin을 임피던스로 표현하면이다. 이 식에서 보이듯이 주파수가 높아질수록 캐퍼시터의 리액턴스는 작아지고, 따라서 미분기의 출력전압(Vout)은 아래 식에서 볼 수 있듯이 주파수에 비례한다.(If = Iin,이므로)그러므로 미분기는 고주파 잡음 등에 민감하게 되어, 저항 Rs를 연결하여 잡음에 의한 영향을 차단한다. 주파수가 높아질 경우 저항 값이 상대적으로 커지며 이때는 주파수를 높이더라도 이득이 높아지지 않는다. 이때의 주파수를 상한 주파수 또는 차단 주파수라 부르며→에 의해 알 수 있듯이, fc보다 높은 주파수에서의 회로는 고주파 이득을로 가지는 반전 증폭기가 된다.◎ 정현파의 교류 입력전압에 대한 출력전압은 다음과 같이 표현 할 수 있다.(2)OP-AMP를 이용한 적분기ⓐ위 의 회로는 OP-AMP 적분기의 회로도로서 앞서 실험한 비 반전 증폭회로에서 저항R2을 캐퍼시터로 교환한 것(또는, OP-AMP 미분기에서의 저항과 캐퍼시터의 순서를 바꾼 것)과 같다고 할 수 있다. 이 때 소자의 특성을 이용하여 회로를 해석 하여 입/출력 전압의 관계를 나타내어 보면, 에서(캐퍼시터 기본성질에 의하여)(가상 접지에서 전압이 0V 이므로)라고 나타낼 수 있다. 그런데, 이상적인 OP-AMP를 가정할 대 그 임피던스가 ∞(무한대)이므로 If = Iin 라 나타 낼 수 있으므로, 입/출력 전압의 관계식은 아래와 같다.(의 양변을 적분)(만약 캐퍼시터 초기 충전전압이 있다면,이 된다.)이와같이, 출력전압이 입력전압의 적분 값에 관계된 식으로 나타난다.따라서 이 회로를 적분기라고 부르는 것이다.ⓑ하지만, 실제 회로에서는 와 같이 캐퍼시터에 병렬로 저항 Rf 를 연결한다.그 이유는 출력전류 If 을 임피던스로 표현하면이고, 입력전류와 전압관계는 아래와 같다.따라서, 입력 전압과 출력 전압과의 관계는이다.위 식을 보면 알 수 있듯이 입력 전원의 주파수 f가 충분히 높은 경우 적분회로로동작하지만, 주파수가 작은 경우 이 회로는 반전 증폭기로 동작한다.적분회로로 동작하는지 반전 증폭기로 동작하는지를 결정하는 기준 주파수를 하한 주파수또는 차단 주파수라고 하며, 이 값은 다음과 같다.◎ 정현파의 교류 입력전압에 대한 출력전압은 다음과 같이 표현 할 수 있다.3. 실험 장비 및 부품함수발생기(1대), 오실로스코프(1대), 브레드보드(1대), 파워서플라이(1대)OP-AMP IC (741C), 저항 (2.2KΩ, 10Ω, 22KΩ, 100KΩ),캐퍼시터 (47nF, 22nF)4. 예비 고찰우선 이전 실험에서 일어났던 문제점들의 재발을 막기 위해 실험 장비 검사를 철저히 하여, 문제가 있는 소자를 조기에 발견 할 수 있도록 하여 되겠습니다.

공학/기술| 2011.09.24| 5페이지| 1,000원| 조회(373)

OP-Amp, 적분기, 기초실험 미분기 적분, 회로구성

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[기초실험2]선형증폭기 예비보고서

예비 보고서실험 제목 : 선형 증폭기실험 날짜 : 2011.09.07과목명 : 기초 실험 및 설계21. 실험목적e-class에 올라온 강의 자료에 나오는 실험 (1)과 (2)를 통하여 이 실험의 목적을 유추해 보았습니다.실험 (1) ‘반전 증폭기의 입력과 출력의 관계(DC)’ 에서 아래 의 B점, D점, B-D의 전압, 출력전압의 이론 치와 측정치를 요구하는 문항으로 미루어 볼 때 OP-AMP의 ‘직류 오프셋 전압은 0이다.’라는 특성과 실제의 OP-AMP사이에 어떤 차이가 있는지를 알아보고, DC 입력전압에 있어서 이상적인 OP-AMP와 실제 OP-AMP 출력전압 차이를 알아보고, 더 나아가 귀환 율을 알아보는 것 역시 이 실험의 목적이라고 사료됩니다.실험 (2) ‘반전 증폭기의 입력과 출력관계(AC)'에서는 AC 입력전압에 대한 출력 전압의 이론 치와 측정치를 비교함으로서 앞서와 같이 이상적인 OP-AMP와 실제 OP-AMP 사이의 차이를 관찰하는 것이 이 실험의 목적입니다.2. 실험이론(1)OP-AMPOP-AMP는 Operational Amplifier의 약자로 연산 증폭기라고 합니다.아래 는 연산 증폭기의 회로 기호입니다.초기의 연산 증폭기가 가산, 감산, 적분 및 미분과 같은 수학적인 연산을 수행하는데 이용되었기 때문에 연산 증폭기라 부릅니다. 연산 증폭기는 보통 2개의 입력전압을 필요로 하며, 한 단자는 양의 전압을 다른 한 단자는 음의 전압이므로 이를 반전 입력 및 비 반전 입력 이라고 합니다.이상적인 OP-AMP의 특성을 아래와 같이 요약 할 수 있습니다.① 개방 전압 이득이 무한대이다.② 입력 임피던스가 무한대이다.③ 출력 임피던스가 0 이다.④ 주파수 대역폭이 무한대이다.⑤ 직류 오프셋 전압, 전류가 0 이다.⑥ 직류 바이어스 전류는 0이다.⑦ 동상 신호 제거 비는 무한대 이다.⑧ 온도에 따라 특성이 변하지 않는다.⑨ 입력 전압이 0이면 출력 전압도 0이다.아래 을 통하여 이상적인 OP-AMP(좌측)와 실제의 OP-AMP(우측)의 차이를 확인 할 수 있습니다.실제적으로 이상적인 OP-AMP의 구현은 불가능 하지만 회로의 해석에 있어서는 이상적 OP-AMP로 가정을 하여 계산을 간단히 할 수 있습니다. 위의 에서 이상적인 OP-AMP는 무한대의 입력 임피던스, 0의 출력 임피던스를 가지지만 실제의 OP-AMP에서는 매우 높은 값의 입력 임피던스, 매우 작은 값의 출력 임피던스를 가져 이상적인 상태의 값에 근사합니다.다시 을 보며 실질적 실험에 필요한 회로 해석에 관해 논하자면우선 B,D점에 가상 접지가 되므로 전압이 0V이므로, Ri 에 걸리는 전압은 입력전압 Vi 가 되므로 전류 I1 을 옴의 법칙에 의해 구할 수 있습니다.. 회로 해석에 있어서 이상적인 OP-AMP를 가정 할 때, 임피던스가 무한대 이므로 I1=I2 이다. Io 역시 이상적인 OP-AMP에서는 I2 와 같으므로 C점에서의 출력 전압 Vo 역시 (-Rf)x(I2)로 구할 수 있게 됩니다.3. 실험 방법실험(1)(1) 741 IC 핀을 각 입력 단자가 연결이 안 되도록 회로를 구성한다.(2) 의 2번 단자에 10킬로옴의 저항을 연결하고 그 저항의 반대편 끝을 직류전압입력기에 연결한다.(3) 200킬로옴의 저항의 각 끝을 의 2번과 6번에 연결한다.(4) 입력 전압을 변화시키면서 의 2번, 3번, 2번과 3번 사이 ,6번의 전압을 측정한다.실험(2)(1)~(3)까지는 (2)번에서 교류 전압입력기를 연결하는 것 외에 상동.(4) 의 6번 지점에서의 전압의 최대치와 최저치 차를 측정한다.4. 기구 및 장치오실로스코프, 브레드 보드, OP-AMP(741IC), 저항(10KΩ, 20KΩ, 200KΩ)Function Generator, 멀티미터5. 예비 고찰실험(1)에 있어서 이상적인 OP-AMP를 가정 할 때 B점, D점, B-D전압은 모두 0이어야 하지만 이는 오프셋 전압이 0이라는 이상적인 조건에서만 가능한 결과 값이므로 실제 실험에서는 아주 작은 값의 전압을 측정 할 수 있을 것이라 예상합니다. 출력 전압 값에 있어서 주어진 회로에서는 이상적인 OP-AMP의 개루프 이득이 무한대가 되어서 폐루프 이득은 -20이지만 현실에서는 개루프의 이득이 무한대가 될 수 없으므로 이론치에 못 미치는 값이 측정되리라 예상됩니다.

공학/기술| 2011.09.20| 6페이지| 1,000원| 조회(192)

전압, 예비보고서, 기초실험2, 선형증폭기, 비반전증폭

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