Ch. 13 Basic OP-AMP Circuits
비교기 (Comparator) 하나의전압을다른전압 ( 기준전압, reference) 와비교하기위한비선형장치 영전위검출 in > 기준전압 out = out(max) in < 기준전압 out = out(min)
비교기 영이아닌전위검출 기준배터리 기준전압분배기 기준전압제너다이오드
비교기 예제 13-1: out(max) = 12, R 1 = 8.2 kω, R 2 = 1kΩ REF R2 1k = (15) = 1.63 + R 8.2k + 1k = DD R1 2
비교기 비교기에서입력잡음영향 입력잡음 출력에러 출력오차발생
비교기 히스테리시스 (hysteresis) 에의한잡음영향줄이기잡음영향 : (+) (-) 기준전압교차시발생 (-) (+) 히스테리시스정귀환이용 : 잡음영향최소화 1. out = + out(max) F = UTP 라하자 = R 2 UTP out ( max) R1 + R2 F 2. out = - out(max) F = LTP 라하자 = R [ )] 2 LTP out ( max R1 + R2
비교기 히스테리시스에의한잡음영향줄이기 Case 1) in > UTP ( 단, out = + out(max) 에서 ) F in = UTP in < 0 out = - out(max) Case 2) in < LTP ( 단, out = - out(max) 에서 ) F in = LTP in > 0 out = + out(max)
비교기 히스테리시스에의한잡음영향줄이기 F 잡음영향이매우적음 슈마트트리거 (Schmitt trigger) HYS = UTP LTP ( 히스테리시스전압 )
비교기 예제 13-2: out(max) = 5, R 1 = 100 kω, R 2 = 100 kω UTP, LTP? F UTP LTP = = R2 R + R 1 1 2 R2 R + R 2 out( max) 100k = (5) = 2.5 100k+ 100k 100k 100k+ 100k [ ] = (-5) = 2.5 out( max)
비교기 출력제한 (bounding) out < out(max) 로제한하고자할때 in 0 t Z + Z 가상접지 0 out 0-0.7 t out < -0.7 out = - 0.7 ( 다이오드전압 ) -0.7 < out < Z out = out out > Z out = Z ( 제한 )
비교기 출력제한 (bounding) out < out(max) 로제한하고자할때 in 0 t Z out 0 0.7 t - Z out < - Z out = - Z ( 제한 ) - Z < out < 0.7 out = out out > 0.7 out = 0.7 ( 다이오드전압 )
비교기 출력제한 (bounding) Z1 Z2 in 0 t out 0 Z2 + 0.7 t - Z1-0.7
비교기 예제 13-3: 히스테리시스 + 제너제한 - I - I + + I - I + 0 이므로 - = out ± (4.7 + 0.7) = out ± 5.4 ( + - - ) 를무시하면 + = - = out ± 5.4 R 1 out + out + out ± 5.4 IR2 = IR 1 = = = = = = ± 54μA R1 100k 100k 100k 100k = = R I = (47k)( ± 54μ) = ± 2.54 UTP = 2.54, LTP = -2.54 + R2 2 R2 out = R R 1 + 2 = ± (5.4 + 2.54) = ± 7.94
비교기 윈도우비교기 L < in < U out = 0
비교기응용 과열검출회로 (Over-Temperature Sensing Circuit) 휘스톤브릿지회로이용 - Thermistor (R 1 ): 부성온도계수 ( 온도 저항 ) - 가변저항 (R 2 ): 임계온도에서 thermistor 저항과같은값 - 상온 (< 임계온도 ): R 1 > R 2 + ( 상온 ) < + ( 임계온도 ) + ( 상온 ) < - out < 0 Q 1 off ( 단, R 3 = R 4 - = + ( 임계온도 )) - 온도 임계온도 : R 1 R 2 + ( 상온 ) + ( 임계온도 ) + ( 상온 ) - out > 0 Q 1 동작 Relay 동작
비교기 Analog-to-Digital (A/D) 변환예 ) Simultaneous (or flash) A/D 변환 ( 전압분배방식 ) n자리 2진수 2 n 1 개비교기필요 만약 3 자리 7 > 6 > 5 > > 2 > 1 예 in = 3.7, REF = 8 in > 3, 2, 1 (1), (2), (3) : 1, 나머지 : 0 출력 : D 2 D 1 D 0 = 011 3
비교기 A/D 변환 예 ) Simultaneous (or flash) A/D 변환 ( 전압분배방식 )
가산기 (Summing Amplifier) n 입력가산기 I 1 I + = I - = 0 + = - = 0 ( 가상접지 ) I T = I 1 + I 2 + + I n I 2 I - 가상접지 0 I T out if R 1 = - I T R f = -(I 1 + I 2 + + I n )R f = -( IN1 /R 1 + + INn /R n )R f I 3 I + = R 2 = = R n = R f out = -( IN1 + IN2 + + INn ) I n
가산기 1 보다큰이득을갖는가산기 R 1 = R 2 = = R n = R R f out = ( in + in2 +... + R 1 inn ) 평균증폭기 R f /R = 1/n 스케일링가산기 out = in1 + in2 +... + n R f R f out = ( in 1 + in2 +... + R R 1 2 R R inn f n inn ) 입력전압 1 의가중치 : R = R f 입력전압 2 의가중치 : R = 2R f
가산기 스케일링가산기응용 R f R f R f = ( + + 8R 4R 2R + R f out ) R if R f = 8R out = ( 1+ 2 + 4 + 8)
가산기 스케일링가산기응용 - 예제 13-9 I 0 I 1 I 2 I 3 = 5/200k = 0.025mA = 5/100k = 0.05mA = 5/50k = 0.1mA = 5/25k = 0.2mA OUT(D0) = -R f I 0 = -(10k)(0.025m) = -0.25 OUT(D0) = -R f I 1 = -(10k)(0.05m) = -0.5 OUT(D0) = -R f I 2 = -(10k)(0.1m) = -1 OUT(D0) = -R f I 3 = -(10k)(0.2m) = -2 예 ) D 3 D 2 D 1 D 0 = 0001 =1-0.25
적분기와미분기 적분기 (Integrator) - 캐패시터전하 Q = I C t= C C C = (I C /C)t I - C C I in I + 기울기 in /CR i 기울기 I C /C I + = I - = 0, + = - = 0 ( 가상접지 ) I in = in /R i = I C C = (I C /C)t = ( in /CR i )t out = - C Δ out = - Δ C = (- in /CR i )Δt Δ Δt out = in CR i out 1 = indt CR i
적분기와미분기 예제 13-10 Δ Δt out in = CR i = 2.5 (0.01μ)(10k) = 25k/s = -25m/ μs Δ out = ( 25m/ μs) Δt = (25m/ μs)(200μs) = 5
적분기와미분기 미분기 (Differentiator) I in I R I - I + I + = I - = 0, + = - = 0 ( 가상접지 ) Q = I c t = C C = (I in /C)t in = C in I in = I R (C in /t) = - out /R f out = CR f t in out = CR f d dt in
적분기와미분기 예제 13-11 out = CR f t in + 5 ( 5) = ( 0.001μ )(2.2k) = 4.4 5 μ
적분기와미분기
Homework All Examples Selected Problems(P.711-717): 2,3,4,8,10,11,14,16,19 27