실험. OP Amp 의기초회로 Inverting Amplifier OP amp 를이용한아래와같은 inverting amplifier 회로를고려해본다. ( 그림 ) Inverting amplifier 위의회로에서 OP amp의 입력단자는 + 입력단자와동일한그라운드전압, 즉 0V를유지한다. 또한 OP amp 입력단자로흘러들어가는전류는 0 이므로, 저항에흐르는전류는다음과같다. v i i = 이관계를이용하여다음과같은출력전압의관계식을얻을수있다. vo = i = vi 1 따라서 inverting amplifier의전압이득은 / 1이다. 1 Non-inverting Amplifier Inverting amplifier에서신호가입력되는단자와그라운드로연결된단자를서로바꾸면아래그림과같은 non-inverting amplifier를구성할수있다. ( 그림 ) Non-inverting amplifier 위의회로에서 OP amp의 입력단자는 + 입력단자와같은전압을유지한다. 또한 OP amp 입력단자로흘러들어가는전류는 0 이므로, 다음의관계를얻을수있다. 1 vi = v + 1 o
이관계를이용하여다음과같은출력전압의관계식을얻을수있다. v o = 1+ 1 vi 따라서 inverting amplifier의전압이득은 1 + ( / 1) 이다. Summing Amplifier Inverting amplifier를응용하면다음그림과같이전압을합산해서출력하는 summing amplifier를구성할수있다. ( 그림 ) Summing amplifier 위의회로에서 OP amp의 입력단자는 + 입력단자와동일한그라운드전압, 즉 0V를유지한다. 또한 OP amp 입력단자로흘러들어가는전류는 0 이므로, feedback 저항 에흐르는전류는다음과같다. v v i = + i1 i 1 1 이관계를이용하여다음과같은출력전압의관계식을얻을수있다. v = i= v + v ( ) o i1 i 1 Difference Amplifier 두개의신호선에공통적인잡음또는 DC 전압이존재할경우, 이공통잡음신호또는공통 DC 전압을제거하고, 두신호선의차이전압만을증폭하기위해서아래와같은 difference amplifier를사용할수있다.
( 그림 ) Difference amplifier 위의회로에서 OP amp 의입력단자에는전류가흘러들어가지않으므로, OP amp 의 + 입 력단자의전압값은다음과같다. + 1 또한 OP amp 의 입력단자와 + 입력단자는같은전압을유지하고, OP amp 입력단자로 흘러들어가는전류는 0 이므로, feedback 저항 에흐르는전류 i 는다음과같다. v i 1 i = v v i1 i 1 1+ 위의전류값을이용하면출력전압은다음과같이구할수있다. v = v i= v v v = v v ( ) o i i i1 i i i1 1+ 1+ 1 1+ 1 이회로의두입력에공통으로존재하는잡음이나 DC 전압은제거가되고, 두입력전압의 차이전압에이득값 ( / 1) 이곱해진크기의전압이출력된다.
사용계기및부품 - 오실로스코프 : 1 - 신호발생기 : 1 - 전원장치 (dual): 1 - OP amp: 741 1개 - 저항 : 1KΩ 3개, 10KΩ 5개, 100KΩ 3개 - Potentiometer: 10KΩ 1개 실험방법및절차 가. Non-inverting amplifier 실험 ( 그림 ) Non-inverting amplifier 실험회로 (1) 위그림의회로를구성하고입력측에는함수발생기, 출력측에는오실로스코프를연결한다. 각소자의값은다음과같다. = 1 KΩ, = KΩ 1 () 함수발생기의함수종류를정현파 (sine wave) 로설정하고, 전압의크기 (peak-to-peak) 는 0.V(00mV) 가되도록설정한다. 즉, 정현파의낮은전압과높은전압의차이가 0.V가되도록한다. 주파수는 1KHz 로설정한다. (3) 실제저항값을측정하여 non-inverting amplifier의전압이득값을계산해보고, 실제회로의전압이득값을측정하여비교해본다. 나. Summing Amplifier 실험 (1) 먼저, 다음과같은 voltage divider 회로를만든후, Voffset1 과 Voffset 을측정한다.
( 그림 ) Offset 전압발생회로 () 아래그림의회로를구성하고입력측에는함수발생기, 출력측에는오실로스코프를 연결한다. 각소자의값은다음과같다. = 10 KΩ, = 10KΩ 1 아래회로에서 Voffset1 을측정하고, 이측정값이 (1) 에서측정한 Voffset1 보고서에기술하시오. 전압과다른이유를 ( 그림 ) Summing amplifier 실험회로 (3) 함수발생기의함수종류를정현파 (sine wave) 로설정하고, 전압의크기 (peak-to-peak) 는 V 가되도록설정한다. 즉, 정현파의낮은전압과높은전압의차이가 V 가되도록한다. 주파수는 1KHz 로설정한다. (4) 출력정현파전압의최대치와최소치를측정하여, 출력정현파의크기와 offset 전압을 측정한다. 정현파의크기는최대값과최소값차이의 0.5 배이며, offset 전압은최대값과최 소값의중간전압이다. (5) 위의회로에서 Voffset1 에연결한전선을 Voffset 에바꾸어연결한후 (4) 의실험을반복한
다. (6) 저항값을다음과같이바꾼후, 실험단계 ()~(5) 를반복한다. = 100 KΩ, = 100KΩ 1 다. Difference Amplifier 실험 (1) Potentiometer는가변저항이라고도부르며, 축을회전함에따라서가운데단자와오른쪽단자혹은왼쪽단자사이의저항이변화한다. 아래의그림은 potentiometer의모양과내부구조를보여준다. ( 그림 ) Potentiometer 의형상및구조 Petentiometer를이용하여아래그림과같은회로를구성한다. Petentiometer의양단에 +15V와 -15V를각각연결한후, 멀티미터혹은오실로스코프를이용하여 potentiometer 의가운데단자와전원의그라운드단자사이의전압을측정한다. 회전축을손으로회전함에따라서전압의변화를관찰하며, 전압의최대값과최소값이얼마인지관찰한다. ( 그림 ) Pententiometer 회로 () Potentiometer를이용하여아래그림의회로를구성하고입력측에는함수발생기, 출력측에는오실로스코프를연결한다. 각소자의값은다음과같다. = 10 KΩ, = 10KΩ 1
( 그림 ) Difference amplifier 실험회로 (3) 함수발생기의함수종류를정현파 (sine wave) 로설정하고, 전압의크기 (peak-to-peak) 는 V가되도록설정한다. 즉, 정현파의낮은전압과높은전압의차이가 V가되도록한다. 또한함수발생기의 offset을조정하여정현파의 offset 전압이 1V가되도록설정한다. 이와같이설정하면정현파의최소값은 0V, 최대값은 V가되어야하며, 오실로스코프를이용하여확인한다. 주파수는 1KHz 로설정한다. (4) 구성된 OP amp회로의출력전압을오실로스코프로측정한다. Potentiometer의회전축을돌리면서출력전압의 offset 전압이변화하는것을관찰한다. 출력전압의 offset 전압이 0V가되도록 potentiometer를조정하고, 이때의 potentiometer의전압이얼마인지멀티미터를이용하여측정한다. Potentiometer의전압은 potentiometer의가운데단자와전원의그라운드사이의전압이다.
실험결과검토및토의사항 가. Non-inverting Amplifier 실험 1 측정값 측정값전압이득계산값 1 + ( / 1) 전압이득측정값 나. Summing Amplifier 실험단계번호 V offset1 V offset (1) Summing amp 연결이전 () Summing amp 연결이후 실험단계번호전압최대치전압최소치정현파크기정현파 offset (4) (5) 실험단계 (6) 실험단계번호 V offset1 V offset (1) Summing amp 연결이전 () Summing amp 연결이후 실험단계 (6) 실험단계번호 전압최대치 전압최소치 정현파크기 정현파 offset (4) (5) 다. Difference Amplifier 실험 출력전압의 offset 이 0 이되게하는 potentiometer 전압