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실험결과/전기전자


설명

[전자회로experiment(실험)] OP앰프 기본 원리

1. 제목

1) experiment(실험) 1. 반전 증폭기
2) experiment(실험) 2. 비반전 증폭기
3) experiment(실험) 3. OP앰프 가산기

2. 목적

(1) OP앰프의 이득이 외부 부귀환 소자 값에 의해서만 결정됨을 experiment(실험)적으로 보인다.
(2) 반전 증폭기로 OP앰프를 동작시키고 이득을 계산한다.
(3) 비반전 증폭기로 OP앰프를 동작시키고 이득을 계산한다.
(4) 가산기로 OP앰프를 동작시킨다.

3. 이론(理論)

1) OP앰프 槪念

OP앰프는 가장 널리 쓰이는 아날로그 IC 이며, 이상적인 OP 앰프는 무한대의 이득과 입력 임피던스, 영의 출력 임피던스를 갖는데 실제의 OP앰프는 이상적인 OP앰프에 근사한 특성을 갖는다. 이번 experiment(실험)에서는 이상적인 OP앰프의 기본원리를 알아보기 위하여 OP앰프를 입력 및 출력단자를 지닌 블록으로 보고 OP앰프 내부의 전자 디바이스는 고려하지 않는다.
외부회로와의 연결을 위해 두 개의 입력단자, 한 개의 출력단자, +, -의 전원단자가 꼭 있어야 하며 그라운드 단자는 없으며 외부에 ±dc 전원을 인가할 때 자연히 결정된다, 증폭기는 두 개의 입력전압 v+와 v-에 의해 구동된다 두 입력단자는 각각 비반전(noninverting)입력과 반전(inverting)입력이다. 이상적인 경우 증폭기의 출력 은 다음과 같이 두 입력전압의 차 Vd 와 루프이득 G의 곱에 의하여 결정된다

여기서 Vd 〓 v+ - v- 이다.
이상적인 OP 앰프의 특성은 다음과 같다.

1. 입력저항,
2. 출력저항,
3. 루프 전압이득
4. 대역폭
5. v+ 〓 v- 일 때,

OP앰프의 이득이 매우 크기 때문에 그대로는 안정된 증폭기로 사용할 수 없고 반드시 외부 귀환을 걸어서 사용한다. 이의 대표적인 예가 다음에 설명(說明)하는 반전 증폭기과 비반전 증폭기이다.
2) 반전 증폭기

Op-amp를 이상적이라고 가정했을 때, 다음 그림과 같이 amp box 의 (-) 단자에…(省略) input 전압을 입력시키고, (+) 단자에 ground를 접지시킨 회로를 반전 증폭기라고 부른다. 이상적인 op amp일 경우 아래 두 번째 그림에서 출력전압이 유한한 값을 가지려면 Vd가 0이어야하고 반전 단자는 그라운드 전위를 가지게 된다 이 때 반전단자는 가상접지(virtual ground)되어있다고 말한다. 그리고 입력단자에서 amp로 유입되는 전류는 0이며 따라서 흐르는 전류는 두 저항에서 똑같이 흐르게 된다 따라서 반전 증폭기의 이득 A를 다음과 같이 구할 수 있다.

그림 16-3. 반전 증폭기, 가상접지 槪念을 이용한 반전 증폭기 회로해석.



또한 입, 출력 임피던스의 값은 각각 Rr 과 0 이다. 입력오차를 일으키는 것은 바이어스 전류가 influence(영향)을 미치는데, 이것은 입력과 출력저항의 병렬 저항 값과 같은 값의 저항을 비반전 입력에 연결하여 제거할 수 있다. 이렇게 하면 반전입력과 비반전입력의 입력저항을 같게 하여 바이어스 전류오차를 제거할 수 있다.

3) 비반전 증폭기

그림 16-5. 비반전 증폭기
위의 그림과 같이 (+) 단자에 입력전압, (-) 단자에 ground 접지를 한 증폭기를 비반전 증폭기라고 표현한다. OP앰프를 가정하면, v+ 〓 v- 이며 v- 〓 Vin 이 된다 이 비반전 증폭기의 이득은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 또한 이상적인 Op amp라는 전제하에 입력 임피던스는 이며 출력 임피던스는 0이다. 비반전 증폭기는 입력 임피던스가 무한대이고 출력 임피던스가 0이기 때문에 완전한 전압 증폭기로 동작한다. 이것은 입력 임피던스가 무한대이기 때문에 증폭기가 자신을 구동시키는 회로의 부하가 되지 않음을 의미하며, 출력 임피던스가 0이기 때문에 증폭기가 작은 저항부하도 전압이득의 감소 없이 구동시킬 수 있다는 것을 의미한다.
4) OP앰프 가산기
그림 16-6. OP엠프 가산기
위의 그림은 두 개의 입력전압을 갖는 Op amp를 보인다. 출력전압은 다음 식에 의해 결정된다 모든

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