A+받은 연산증폭기 기초(영교차검출기) 예비보고서

실험 13. 연산증폭기 기초

1. 실험목적 연산증폭기의 기본 원리와 동작 방법을 살펴본 후에 영 교차 검출기와 전압 레벨 검출기의 동작을 실 험을 통해 확인한다. 2. 실험 이론 연산증폭기는 전압 이득과 입력저항이 매우 크고, 출력저항이 아주 작은 차동증폭기이다. 차동증폭기란 입력 단자가 두 개인 증폭기로서 출력전압이 두 입력전압의 차에 비례하는 증폭기이다. 그림 1은 연산증폭기의 기호와 연산증폭기의 등가 회로를 나타낸다. 두 개의 입력 단자와 한 개의 출력 단자가 있으며, ‘+’와 ‘-’의 전원 단자가 있으며, 접지 단자는 없다. 이러한 연산증폭기에서 출력전압과 두 입력전압과의 관계는 다음 식과 같다. (G는 전압이득 Gain을 뜻한다)

그림 1 연산증폭기 위에서 언급한 것과 같이 G는 전압이득 Gain이고, 은 비반전 입력전압, 는 반전 입력전압이다. 이상적인 연산증폭기는 아래의 5가지 특성을 갖는다. 1. 입력저항 ∈ → ∞ 2. 출력저항 3. 개방회로 전압 이득 →∞ 4. 주파수 대역폭 → ∞ 5. 일 때, 실제 사용하는 연산증폭기의 특성은 위의 이상적인 연산증폭기와 가깝다. 입력저항이 최소 Ω 이상으로 두 입력…(생략)

그림 2 연산증폭기 전원 및 부하 - 출력 부하 연산증폭기의 출력단자는 대부분 한 개다. 이 출력단에 부하를 접속할 때는 그림 2와 같이 부하의 한쪽 단자를 연산증폭기의 출력단자에 연결하고, 반대편 단자를 접지점에 접속하면 된다. - 차동 입력전압 연산증폭기에는 두 개의 입력단자가 존재한다. 이 두 단자에 인가된 전압의 차에 비례하여 출력전압이 결정된다. 비반전 입력전압 는 접지 단자에 대한 비반전 입력 단자의 전위이고, 반전 입력전압 도 접지 단자에 대한 반전 입력 단자의 전위이다. 이 두 입력전압의 차이인 차동 입력전압은 다음과 같이 정의할 수 있다. (1) 포화 출력전압 이상적인 연산증폭기에서 개방 회로 전압 이득 G는 매우 크기 때문에 출력전압이 차동 입력전압에 비례하기 위해서는 차동 입력전압의 크기가 매우 작아야 한다. 보통의 방법으로는 이런 차동 입력전압을 안정하게 인가하기 어렵다. 따라서 출력전압의 Feedback(궤환)을 통해 차동 입력전압이 매우 작은 범위 내에서도 안정하게 유지되도록 한다. 이러한 Feedback을 가하지 않았을 때 차동 입력전압의 크기가 위에서 말한 범위를 조금만 벗어나면 출력전압은 차동 입력전압의 크기와 관계없이 두 가지 전압 중의 하나가 된다. 차동 입력전압의 값이 양수이면 출력전압이 이 되고, 차동 입력전압이 음수이면 이 된다. 이 ± 은 포화 출력전압이라고 한다. 양과 음의 포화 출력전압은 크기가 같지 않고 약간의 차이가 있고, 연산증폭기의 내부회로 구성 및 전원전압에 따라 결정된다. 연산증폭기의 출력을 포화시키는 입력전압의 크기는 0.1mV 정도의 매우 작은 값이다. 이 값은 입력 offset 전아보다 작은 값이다. 따라서 이후부터는 출력포화 입력전압을 0으로 간주하고 차동 입력전압이 0보다 크면 출력전압이 이고, 음의 값이면 의 출력전압을 갖는 것으로 간주하고 회로의 동작을 이해하자. (2) 영 교차 검출기 그림 3과 같이 연산증폭기의 반전 입력 단자를 접지시키는 경우 이 된다. 이때 차동 입력전압 임을 알 수 있다. 이 경우에는 입력전