실험 목

1.

‚

2.

실험 목

연산증폭기 변환기(con 구성, 측정

실험 회

A. 연산증

B. 연산증

L

목표

기를 nverter)와 정 및 평가해

로

증폭기 아

그림

증폭기 디

Lab. 5. A

이용한 디지털-아 해서 연산증

아날로그-디

림 5.1. 연산

디지털-아날

A/D 변

아날로 아날로그(Di

증폭기 비교

디지털(An

산증폭기 A

날로그(Di

변환기와

로그-디지털 igital-to-Ana 교기 응용

nalog-to-D

A/D 변환기

igital-to-A

와 D/A

(Analog-to- alog; D/A

회로를 이

Digital; A/

회로

Analog; D/

A 변환기

-Digital;

A) 변환기 해

/D) 변환기

/A) 변환기

기

A/D) 회로를

기

기

3.

4.

(1) 연산 디지

실험 장

A. 공통

‚ NI

‚ Mu

‚ PC

B. BJT 공

‚ OP

‚ Pri

‚ 4-b

‚ 저

Pre-Lab(

A. 기본

산 증폭기 지털 변환기

그

장비 및 부

I ELVIS II ultiSim (혹은 C : NI Multi

공통 이미

P-AMP LM iority Encod bit Binary C 항: 1kΩ 1개

(예비 실

이론 조사

의 비교기 기(analog-to

그림 5.2. 연

부품 리스

은 SPICE와 Sim과 ELV

미터 증폭

741CN: 4개 der: 74LS14 Counter: 74L 개, 2kΩ 1개

실험)

사

기 기능을 o-digital con

연산증폭기

스트

와 같은 회 VIS II 용도

폭기 회로

개 48 1개 LS393 1개

, 4kΩ 1개,

응용한 F nverter; AD

D/A 변환기

로 시뮬레 도

실험

8kΩ 1개, 10

Flash 타입 C)에 대해서

기 회로

이터)

0kΩ 4개

입(전압분배 서 설명하시

방식)의 아 시오.

아날로그-

- Floyd 교재: 676-677 페이지

(2) 3비트 ADC의 입력-출력 특성 곡선을 그리시오.

- Floyd 교재: 677-679 페이지

(3) 연산 증폭기의 가산기 기능을 응용한 디지털-아날로그 변환기(digital-to-analog converter; DAC)에 대해서 설명하시오.

- Floyd 교재: 679-687 페이지

(4) 3비트 DAC의 입력-출력 특성 곡선을 그리시오.

- Floyd 교재: 679-687 페이지

(5) Priority encoder에 대해서 조사하시오. 단, 74LS148 IC priority encoder 위주로 설명.

(6) Binary counter에 대해서 조사하시오. 단, 74LS393 IC binary counter 위주로 설명.

B. MultiSim 사용한 모의 실험(시뮬레이션)

(1) 연산증폭기의 A/D 변환기 회로

‚ 연산증폭기 A/D 변환기 (그림 5.3)에서 입력 전압 (Vin)과 출력 전압 (A0 = V9, A1 = V7)을 오실로스코프로 측정하시오.

여기서 회로도 핀은 +

- XFG Amplitu

74LS148의 에는 74LS

5V, 8번 핀 G1은 함수발

ude 1.25Vp,

그림

의 1번, 5번 148의 8번 핀은 접지에 발생기이고 , Offset 1.25

5.3. 연산

번, 10번, 1 번과 16번 핀 에 연결해야 고 다음과

5V

증폭기 A/D

1번, 12번, 핀 연결은 야 함.

같이 설정

D 변환기 13번 핀은

보이지 않

정: 정현파와

측정 회로

은 접지에 않으나 실제

와 삼각파

연결하고 제 회로에서

파, Frequenc

MultiSim 서는 16번

cy 1kHz,

- XSC1와 XSC2는 오실로스코프이고 이것을 이용해서 입력 전압 (Vin)과 출력 전압 (A0 = V9, A1 = V7)의 그래프를 출력하시오(그림 6.4 그래프와 같이 입력 후에 결과 그래프 출력).

V_out

0 t₀ t₁ t₂ t₃t

V_in

0 t₀ t₁ t₂ t₃ t

5

0 Y₀

Y₁

V_out

0 t₀ t₁ t₂ t₃ t

V_in

0

t₀ t₁ t₂ t₃ t

5

0 Y₀

Y₁

(a) 정현파 입력 (b) 삼각파 입력 그림 5.4. A/D 비교기 변환기 입, 출력 파형 형식

(2) 연산증폭기의 D/A 변환기 회로

‚ 연산증폭기 D/A 변환기 회로 (그림 5.5)에서 입력 전압 (Vclk)과 출력 전압 (Vout)을 오실로스코프로 측정하시오.

참고: M 로에서는

- XFG1 Offset 1

- X (Vou

출력

MultiSim 회 는 14번 핀 은 함수발생 1.25V

XSC1은 오

ut)의 그래프 력).

그림

회로도에서 핀은 +5V, 7

생기이고

오실로스코프 프를 출력

5.5. 연산

74LS393 7번 핀은 접

다음과 같이

프이고 이 하시오(그

증폭기 D/A

에 보이지 접지에 연결 이 설정: 사

이것을 이용 림 5.6 그

A 변환기 않은 핀(7 결해야 함.

사각파, Freq

용해서 입력 래프와 같

측정 회로 7번, 14번)

quency 1kH

력 전압 ( 같이 입력

이 있으나

Hz, Amplitud

(Vclk)과 출 후에 결과

실제 회

de 1.25Vp,

출력 전압 과 그래프

V_out

0 t₀ t₁ t₂ t₃ t

V_clk

0 t₀ t₁ t₂ t₃ t

그림 5.6. 연산증폭기 D/A 변환기 입, 출력 파형 형식

- XLA1은 로직분석기로 74LS393의 출력(D3=V6, D2=V5, D1=V4, D0=V3) 디지털 신호를 출력하고 다음 표 5.1을 오실로스코프 XSC1 출력 전압을 참고해서 작성하시오.

표 5.1. 로직 분석기로 측정한 74LS393의 출력과 D/A 변환기 출력과 관계

D3 D2 D1 D0 Vout = V6 [V]

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1

(3) Grapher View를 이용해서 위에 시뮬레이션한 연산증폭기의 A/D와 D/A 변환기 회로들의 입, 출력 파형에 대해서 Excel에 export해서 Excel에서 그래프로 출력하시오.

C. 다음 “5. In-Lab(본 실험): NI ELVIS II 사용”을 참고해서 실험 절차를 간단히 요약하시오.

5. In-Lab(본 실험): NI ELVIS II 사용

A. DMM 이용한 소자 값 측정

- “부록 A.1 DMM을 이용한 전압, 전류, 저항, 캐패시턴스, 인덕턴스, 다이오드 전압, 단락 측정”을 참고해서 저항, 캐패시턴스를 측정하시오.

표 5.2. DMM을 이용한 저항 측정

소자 규격 측정 값

저항

1kΩ 2kΩ 4kΩ 8kΩ 10kΩ 10kΩ 10kΩ 10kΩ

B. 연산 증폭기 A/D 변환기와 D/A 변환기 측정

(1) ELVIS II를 이용해서 연산증폭기의 A/D 변환기 회로 측정

‚ ELVIS II를 이용해서 연산증폭기 A/D 변환기 (그림 5.3)에서 입력 전압 (Vin)과 출력 전압 (A0 = V9, A1 = V7)을 오실로스코프로 측정하시오.

- 여기서 74LS148의 1번, 5번, 10번, 11번, 12번, 13번 핀은 접지에 연결하고 MultiSim 회로도에는 74LS148의 8번과 16번 핀 연결은 보이지 않으나 실제 회 로에서는 16번 핀은 +5V, 8번 핀은 접지에 연결해야 함.

- XFG1은 함수발생기이고 다음과 같이 설정: 정현파, Frequency 1kHz, Amplitude 5Vpp, Offset 2.5V

- X Am - X (AI0 그래 아날 Boa 연결 9번 클릭 단, 연결

(2) ELV

‚

XFG1은 함 mplitude 5Vp

XSC1와 X 0=Vin)과 출 래프와 같이 날로그 입력

ard의 왼쪽 결, PB 3번 에 연결한 릭하면 입,

AI0-(PB 2 결해야 한다

VIS II를 이 ELVIS II를

수발생기이

pp, Offset 2.5 XSC2을 8 출력 전압 이 입력 후

력 신호(A 입,출력 인 핀인 AI1+

한다. 8채널 출력전압을 2번핀), AI 다.

그림

이용해서 연 를 이용해서

이고 다음과 5V

8채널 오 (AI1 = V 후에 결과 그

Analog Inpu 인터페이스 +는 74LS14 널 오실로스

을 측정한다 I1-(PB 4번

5.7. 8 채널

연산증폭기의 서 연산증폭

과 같이 설

실로스코프 V9, AI2 = 그래프 출력

ut Signals) 스에 PB 1번

48의 9번에 스코프는 다.

번핀), AI2-(

널 오실로스

의 D/A 변 폭기 D/A

설정: 정현파

프이고 이것 V7)의 그 력). 여기서

)를 이용해 번핀인 AI0 에 연결, PB 다음 그림

PB 6번핀)

스코프 설정

환기 회로 변환기 회

파와 삼각파

것을 이용 그래프를 출

서 오실스코 해서 측정하

0+는 Vin(함 B 5번핀인 림과 같이

)은 모두

정 화면

측정 로 (그림 5

파, Frequen

용해서 입 출력하시오(

코프 프로브 하시오. Pr 함수 발생기 AI2+는 74

설정하고

접지(PB 5

5.5)에서 입

ncy 1kHz,

력 전압 (그림 5.4 브 대신에

rototyping 기 출력)에 4LS148의 고 Start를

53번핀)에

입력 전압

(Vclk)과 출력 전압 (Vout)을 오실로스코프로 측정하시오.

- MultiSim 회로도에서 74LS393에 보이지 않은 핀(7번, 14번)이 있으나 실제 회 로에서는 14번 핀은 +5V, 7번 핀은 접지에 연결해야 함.

- XFG1은 함수발생기이고 다음과 같이 설정: 사각파, Frequency 1kHz, Amplitude 5Vpp, Offset 2.5V

- XSC1은 오실로스코프이고 이것을 이용해서 입력 전압 (Vclk)과 출력 전압 (Vout)의 그래프를 출력하시오(그림 5.6 그래프와 같이 입력 후에 결과 그래프 출력).

- XLA1은 로직분석기 대신에 8 채널 오실로스코프를 이용하고 74LS393의 출력(D3=V6, D2=V5, D1=V4, D0=V3)인 3번핀은 AI0+(PB의 왼쪽 입,출력 인터페이스에 PB 1번핀)에 연결, 4번핀은 AI1+(PB의 왼쪽 입,출력 인터페이스에 PB 3번핀)에 연결, 5번핀은 AI2+(PB의 왼쪽 입,출력 인터페이스에 PB 5번핀)에 연결, 6번핀은 AI3+(PB의 왼쪽 입,출력 인터페이스에 PB 7번핀)에 연결하고, 연산증폭기 출력전압 Vout은 AI4+(PB의 왼쪽 입,출력 인터페이스에 PB 9번핀)에 연결한 후에 8 채널 오실로스코프의 출력 전압을 출력하시오. 각 파형을 관찰해서 표 5.1을 작성하시오.

단, AI0-(PB 2번핀), AI1-(PB 4번핀), AI2-(PB 6번핀), AI3-(PB 8번핀), AI4-(PB 10번핀)은 모두 접지(PB 53번핀)에 연결해야 한다.

(3) 연산증폭기의 A/D 변환기와 D/A 변환기들의 입, 출력 파형을 log 해서 얻은 데이터를 Excel에서 불러서 그래프로 출력하시오.

6. Post-Lab(실험 후 과정)

1. Pre-Lab(4절)에서 MultiSim으로 시뮬레이션한 데이터와 In-Lab(5절)에서 NI ELVIS II 로 측정한 데이터를 비교하시오.

2. Excel을 이용해서 시뮬레이션 데이터와 측정 데이터를 하나의 그래프로 그려서 비 교하시오.