실험 목

1.

‚

2.

실험 목

연산증폭기 증폭기(Inv 구성하고, 통해서 이

실험 회

A. 피드백

Lab

목표

기를 이용 verting Am

피드백 회 해

로

백 회로를

b. 2. 선

용하여 비 mplifier), 전

회로를 포함

를 포함한

선형 연

비반전 증 압 폴로워 함한 연산증

선형 연

(a) 반전 증

연산 증

증폭기(Non- (Voltage F 증폭기 회

산증폭기

증폭기

폭기 회

-Inverting Follower) 등

로의 특성

회로

회로 실

Amplifier 등의 피드백 성에 대해서

실험

r), 반전 백 회로를 서 실험을

그

그림 2.1. 피

(b

피드백 회로

b) 비반전

(c) 전압 폴 로를 포함한

증폭기

폴로워

한 선형 연산산증폭기 회회로

3. 실험 장비 및 부품 리스트

A. 공통

‚ NI ELVIS II

‚ MultiSim (혹은 SPICE와 같은 회로 시뮬레이터)

‚ PC : NI MultiSim과 ELVIS II 용도

B. BJT 공통 이미터 증폭기 회로 실험

‚ OP-AMP LM741CN: 1개

‚ 저항: 1kΩ 5개, 10 kΩ 2개, 100kΩ 2개

4. Pre-Lab(예비 실험)

A. 기본 이론 조사

(1) 연산 증폭기의 폐루프 이득(Closed-loop Gain)에 대해서 설명하시오.

- Floyd 교재: 613 페이지

(2) 연산 증폭기의 비반전 증폭기 회로를 그리고 전압이득, 입력저항, 출력저항에 대해서 설명하시오.

- Floyd 교재: 615-616, 619-621 페이지

(3) 연산 증폭기의 반전 증폭기 회로를 그리고 전압이득, 입력저항, 출력저항에 대해서 설명하시오.

- Floyd 교재: 617-618, 623-624 페이지 (4) 연산 증폭기의 전압 폴로워에 대해서 설명하시오.

- Floyd 교재: 617, 622 페이지

B. MultiSim 사용한 모의 실험(시뮬레이션)

(1) 연산증폭기의 비반전 증폭기 회로

‚

- XFG1 Offset 0 - XSC1 그래프를 -오실로 작성하시

3가지 피드 입력 전압

은 함수발생 0V

1은 오실로 를 출력하시 로스코프로

시오. 여기

드백 저항 (Vin)과 출

그림 생기이고

로스코프이고 시오.

측정한 결 서 폐루프

Rf에 대해 출력 전압 (

2.2. 연산증 다음과 같이

고 이것을

결과를 이용 전압이득

해서 연산증 (Vout)을 오실

증폭기 반전 이 설정: 정

이용해서

용해서 폐루 인 Acl = Vo

증폭기 반전 실로스코프

전 증폭기 정현파, Freq

입력 전압

루프 전압이

out(p-p) / Vin(p-

전 증폭기 프로 측정하

측정 회로

quency 1kH

압 (Vin)과

이득(Acl)을

-p) 임.

회로 (그림 하시오.

로

Hz, Amplitud

출력 전압

계산하고

림 2.2)에

de 0.05Vp,

압 (Vout)의

표 3.1을

표 2.1.

Rf [k

1 10 10

(2) 연산

‚

- XFG1 Offset 0

연산증폭기 kΩ]

0 00

산증폭기의 3가지 피드 입력 전압

은 함수발생 0V

기 반전 증 Vin(p-p)

비반전 증 드백 저항

(Vin)과 출

그림 2 생기이고

증폭기 측정 V

증폭기 회로 Rf에 대해 출력 전압 (

2.3. 연산증 다음과 같이

정 회로에서 Vout(p-p)

로

해서 연산증 (Vout)을 오실

증폭기 비반 이 설정: 정

서 입력과 출 측

증폭기 반전 실로스코프

반전 증폭기 정현파, Freq

출력 전압의

Acl

측정값

전 증폭기 프로 측정하

기 측정 회로 quency 1kH

의 측정 결

Ac

이론

회로 (그림 하시오.

로

Hz, Amplitud 과

cl

론값

림 2.3)에

de 0.05Vp,

- XSC1 그래프를 -오실로 작성하시 표 2.2.

Rf [k

1 10 10

(3) 연산

‚

1은 오실로 를 출력하시 로스코프로

시오. 여기 연산증폭기 kΩ]

0 00

산증폭기의 연산증폭기 (Vout)을 오

로스코프이고 시오.

측정한 결 서 폐루프 기 비반전

Vin(p-p)

전압 폴로 기 전압 폴 오실로스코프

그림

고 이것을

결과를 이용 전압이득 증폭기 측

V

로워 회로 폴로워 회로 프로 측정하

2.3. 연산증

이용해서

용해서 폐루 인 Acl = Vo

측정 회로에 Vout(p-p)

로 (그림 하시오.

증폭기 전압

입력 전압

루프 전압이

out(p-p) / Vin(p-

에서 입력과 측

2.3)에 입

압 폴로워

압 (Vin)과

이득(Acl)을

-p) 임.

과 출력 전압

Acl

측정값

력 전압

측정 회로

출력 전압

계산하고

압의 측정

Ac

이론

(Vin)과 출

로

압 (Vout)의

표 2.2를

결과

cl

론값

출력 전압

- XFG1은 함수발생기이고 다음과 같이 설정: 정현파, Frequency 1kHz, Amplitude 0.5Vp, Offset 0V

- XSC1은 오실로스코프이고 이것을 이용해서 입력 전압 (Vin)과 출력 전압 (Vout)의 그래프를 출력하시오.

-오실로스코프로 측정한 결과를 이용해서 폐루프 전압이득(Acl)을 계산하고 표 2.3을 작성하시오. 여기서 폐루프 전압이득인 Acl = Vout(p-p) / Vin(p-p) 임.

표 2.3. 연산증폭기 전압 폴로워 측정 회로에서 입력과 출력 전압의 측정 결과

Vin(p-p) Vout(p-p)

Acl

측정값

Acl

이론값

(4) Grapher View를 이용해서 위에 시뮬레이션한 3가지 선형 연산증폭기의 입, 출력 파형을 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 2.4. DMM을 이용한 저항, 캐패시턴스 측정

소자 규격 측정 값

저항 1kΩ

1kΩ 10kΩ 100kΩ

B. 연산 증폭기 선형 증폭기 회로 측정

(1) ELVIS II를 이용해서 연산증폭기의 반전 증폭기 회로 측정

‚ ELVIS II를 이용해서 3가지 피드백 저항 Rf에 대해서 연산증폭기 반전 증폭기 회로 (그림 2.2)에 입력 전압 (Vin)과 출력 전압 (Vout)을 오실로스코프로 측정하시오.

- XFG1은 함수발생기이고 다음과 같이 설정: 정현파, Frequency 1kHz, Amplitude 0.2Vpp, Offset 0V

- XSC1은 오실로스코프이고 이것을 이용해서 입력 전압 (Vin)과 출력 전압 (Vout)의 그래프를 출력하시오.

-오실로스코프로 측정한 결과를 이용해서 폐루프 전압이득(Acl)을 계산하고 표 2.5를 작성하시오. 여기서 폐루프 전압이득인 Acl = Vout(p-p) / Vin(p-p) 임.

표 2.5. 연산증폭기 비반전 증폭기 측정 회로에서 입력과 출력 전압의 측정 결과

Rf [kΩ] Vin(p-p) Vout(p-p)

Acl

ELVIS 측정값

Acl

MultiSim 시뮬레이션값

(표 2.1)

Acl

이론값

1 10 100

(2) ELVIS II를 이용해서 연산증폭기의 비반전 증폭기 회로 측정

‚ ELVIS II를 이용해서 3가지 피드백 저항 Rf에 대해서 연산증폭기 반전 증폭기

회로 (그림 2.3)에 입력 전압 (Vin)과 출력 전압 (Vout)을 오실로스코프로 측정하시오.

- XFG1은 함수발생기이고 다음과 같이 설정: 정현파, Frequency 1kHz, Amplitude 0.2Vpp, Offset 0V

- XSC1은 오실로스코프이고 이것을 이용해서 입력 전압 (Vin)과 출력 전압 (Vout)의 그래프를 출력하시오.

-오실로스코프로 측정한 결과를 이용해서 폐루프 전압이득(Acl)을 계산하고 표 2.6을 작성하시오. 여기서 폐루프 전압이득인 Acl = Vout(p-p) / Vin(p-p) 임.

표 2.6. 연산증폭기 반전 증폭기 측정 회로에서 입력과 출력 전압의 측정 결과

Rf [kΩ] Vin(p-p) Vout(p-p)

Acl

ELVIS 측정값

Acl

MultiSim 시뮬레이션값

(표 2.2)

Acl

이론값

1 10 100

(3) ELVIS II를 이용해서 연산증폭기 전압 폴로워 측정

‚ ELVIS II를 이용해서 연산증폭기 전압 폴로워 회로 (그림 2.4)에 입력 전압 (Vin)과 출력 전압 (Vout)을 오실로스코프로 측정하시오.

- XFG1은 함수발생기이고 다음과 같이 설정: 정현파, Frequency 1kHz, Amplitude 2Vpp, Offset 0V

- XSC1은 오실로스코프이고 이것을 이용해서 입력 전압 (Vin)과 출력 전압 (Vout)의 그래프를 출력하시오.

-오실로스코프로 측정한 결과를 이용해서 폐루프 전압이득(Acl)을 계산하고 표 2.6을 작성하시오. 여기서 폐루프 전압이득인 Acl = Vout(p-p) / Vin(p-p) 임.

표 2.6. 연산증폭기 전압 폴로워 측정 회로에서 입력과 출력 전압의 측정 결과

Vin(p-p) Vout(p-p)

Acl

ELVIS 측정값

Acl

MultiSim 시뮬레이션값

(표 2.3)

Acl

이론값

(4) 3가지 선형 연산증폭기의 입, 출력 파형을 log 해서 얻은 데이터를 Excel에서 불러서 그래프로 출력하시오.

6. Post-Lab(실험 후 과정)

1. 세가지 선형 연산증폭기 회로 실험에 대해서 Pre-Lab(4절)에서 MultiSim으로 시뮬 레이션한 데이터와 In-Lab(5절)에서 NI ELVIS II로 측정한 데이터를 비교하라.

- 데이터 시트 값과 시뮬레이션 데이터와 측정 데이터 사이의 서로의 오차를 토의하 시오.

- 표 2.4 – 2.6에서 작성한 폐루프 이득에 대한 시뮬레이션 값, 측정 값과 이론값을 서로 비교하고 차이가 있다면 그 원인을 분석하라.

2. Excel을 이용해서 시뮬레이션 데이터와 측정 데이터를 하나의 그래프로 그려서 비 교하고 차이가 있다면 그 원인을 분석하라.