PART8연산증폭회로(OP AMP)
실험 3 :비반전 증폭기 (Noninverting Amplifier)
이론
그림 8-9에 나타낸 것과 같이 OP-Amp를 비반전증폭기로 구성할 수가 있다. 이것은 입력신호가 비반전(+) 입력단자에 가해지기 때문이다.
저항 R1은 입력요소라 하고, R2는 궤환요소라 하는데 궤환요소라는 말은 OP-Amp의 입력 중의 하나에 출력전압의 일부를 궤환시키기 때문에 붙인 말이다. 이 경우에 출력의 일부가 반전(-)입력으로 돌아오게 된다. 비반전증폭기에 대한 출력전압은 다음과 같이 주어진다.
전압이득 혹은 입력전압에 대한 출력전압의 비는 다음과 같다.
결과적으로 비반전증폭기의 전압이득은 R1의 값을 아무리 크게 하더라도 항상 1.0보다 커진다. 입력신호가 OP-Amp의 비반전 입력단자에 가해지기 때문에 출력전압은 언제나 입력전압과 동위상이 된다. 더 쉽게 말한다면 입력전압이 정으로 될 때, 출력전압도 정으로 된다는 것이다. 입력과 출력전압의 차이는 단지 출력전압이 입력전압보다 1+R2/R1 배만큼 크게 된다는 것이다. 개루프이득 AOL은 OP-Amp에 궤환을 걸지 않았을 때의 특성이다. 궤환이 있게 되면 폐루프이득 ACL로 되어, 이 회로의 구성에 대한 전압이득은 아래와 같다.
루프이득 AL은 개루프이득을 폐루프이득으로 나눈, 즉 다음과 같이 나타낼 수 있다.
실제적인 목적에 관하여 비반전증폭기의 입력임피던스는 OP-Amp 자신의 고유 입력임피던스이며, 그것은 입력 회로의 부하를 최소로 하는데 충분히 높은 값이 된다. 한편, 그림 8-9 회로의 출력임피던스는 다음 식에 의해 결정된다.
여기서 Zoi는 제조회사의 사양서에서 정해진 OP-Amp의 고유 출력임피던스이다.
실험 과정
1. M-08의 회로-4에서 표 8-5에 주어진 것과 각각의 입력전압을 4a-4b 단자에 인가하여 다음 과정을 수행한다.
2. 각 입력 전압에 대하여 10k의 궤환저항을 사용할 경우는 4c-4e 단자를 단락시켜 출력전압을 측정하여 표 8-5의 해당란에 기록한다. 그리고 전압이득을 계산하여 기록한다.
3. 100k의 궤환저항을 사용할 경우는 4c-4f 단자를 단락시켜 출력전압을 측정하여 표 8-5의 해당란에 기록한다. 그리고 전압이득을 계산하여 기록한다.
tab1실험 8-3.1 비반전 증폭기 실험 (M-08의 Circuit-4 회로로 구성한다.)
1.결선방법(M-08의 Circuit-4)
1.전원 결선
내부적으로 연결되어 있다.
2.계측기 결선
DC Source, 함수 발생기 결선
전면 패널 Signal Output의 BNC단자에 BNC 케이블을 연결하고, 적색 리드선을 Circuit 4의 4a 단자에, 흑색 리드선을 4b 단자에 연결한다.
Signal Input 결선
전면패널 Signal Input의 CH A의 A+ 단자와 Circuit-4의 4a 단자 간을 적색선으로,, A-단자와 4b 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
전면패널 Signal Input의 CH B의 B+ 단자와 Circuit-2의 4d 단자 간을 적색선으로, B-단자와 4g 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
2.결선도
3.측정 방법
- [직류 증폭도 측정]
1Touch LCD 패널에서 analog output 을 선택하고 DC Source를 클릭한 후 DC Voltage를 1V로 설정한다.을 클릭하여 DC Source의 출력을 Circuit-4 입력에 가한다.
- 2측정
Circuit-4의 궤환 저항 R1(10kΩ)의 4c 단자와 4e 단자 간을 황색선으로 연결한 후 전면 패널 analog input 을 선택한 후, Volt & 의 Ampere Meter 탭을 선택하고 CH A, CH B에서 , , 를 클릭하여 측정된 값을 표 8-5의 해당 란에 기록한다.
Circuit-4의 궤환 저항 R1(10kΩ)의 4c 단자와 4e 단자 간을 궤환 저항 R2(100kΩ)의 4c 단자와 4f 단자 간으로 바꿔 연결하고 지시된 측정값을 표 8-5 해당란에 기록한다.
- 3측정이 끝나면 analog output 을 선택하고 DC Source의 을 클릭하여 출력을 차단한다.
- [교류 증폭도 측정]
4 Touch LCD패널에서 analog output 을 선택한 다음, Function Generator의 Amplitude Range를 , Amplitude를 amplitude 50% 로 설정하여 출력을 1Vpp로 한다.
Signal을 으로, Frequency를 을 선택하여 frequency 1 khz가 되도록 한 다음 을 클릭하여 Function Generator의 출력을 Circuit-4 입력에 가한다. - 5측정
Circuit-4의 4c 단자와 4e 단자 간을 황색선으로 연결한 후, Touch LCD 패널에서 analog input 을 선택한 후, Volt & 의 Ampere Meter 탭을 선택하고 CH A, CH B에서 , , 를 클릭하여 측정된 값을 표 8-5의 해당 란에 기록한다.
Circuit-4의 4c 단자와 4e 단자 간을 4c 단자와 4f 단자 간으로 바꿔 연결하고 지시된 측정값을 표 8-5 해당란에 기록한다.
주파수를 100KHz로 바꿔서 과정 5)를 수행하여 그 결과를 표 8-5 해당란에 기록한다.
측정이 끝나면 analog output 을 선택하고 Function Generator의 을 클릭하여 출력을 차단한다.
4.계산
1. 표 8-5의 R2의 값과 Circuit 1의 R1 저항값으로 출력전압을 아래 식으로 계산하여 기록하시오.
2. 표 8-5의 측정값을 가지고 폐루프 이득(ACL)을 아래 식에 의하여 계산하여 기록하시오.
실험 결과 보고서
1. 실험 결과표
2. 검토 및 정리
1) 위 비반전 증폭기에서 출력전압을 구하는 식은 다음과 같다.
Circuit-4의 회로에서 저항 R1, R2, R3를 보고 위 식을 이용하여 표 8-5의 계산값 및 증폭도를 계산한다.
2) 비반전 증폭기에서 폐루프 이득(ACL)을 아래 식과 같다.
Circuit-4의 회로에서 저항 R1, R2, R3를 보고 위 식을 이용하여 표 8-5의 폐루프 이득(ACL) 계산한다.