실험1 부궤환회로(예비)

목차

I. 실험 목적

II. 실험 기초이론
1. 연산 증폭기(Operational Amplifier; OP Amp)
2. 부궤환(Negative Feedback)을 하는 이유
3. 반전증폭기
4. 비반전 증폭기
5. 연산증폭기를 사용한 가산기

III. 실험 시뮬레이션
1. 반전연산증폭기 PSPICE 시뮬레이션
2. 비반전연산증폭기 PSPICE 시뮬레이션

본문내용

OP Amp에는 +비반전 입력(Non-Inverted Input), -반전 입력(Inverted Input) 단자와 하나의 출력단자가 있다. 기본 동작원리는 두 개의 단자에 들어온 입력전압 값을 빼서 상수인 개방루프 이득(Open Loop Gain)을 곱한 값이 출력전압 값으로써 증폭이 되어 나오게 된다. 여기서 소자 내부의 설계에 의해 이득이 정해지는데 일반적으로 10만 ~ 100만배 정도의 값을 가진다.

하지만 개방 루프 이득이 10만 일지라도, 무조건 10만배로 증폭되지 않는다. 예를 들면 전원이 ±10V 양전원일때, 출력 전압은 ±10V를 넘을 수 없다. 제한하는 이 특성을 가리켜, 전원 전압을 Rail이라고도 한다.

< 부궤환(Negative Feedback)을 하는 이유 >

개방루프에서의 OP Amp는 증폭률이 너무 커서 적용하기가 어렵다(10만 ~ 100만배) 실제로 대부분의 경우 수배 ~ 수십배 정도의 증폭이 필요하다. 따라서 증폭률을 낮추기 위해 출력신호 중 일부분을 (-)입력단자로 다시 되돌려서 이득을 낮추게 되는데 이것이 Negative Feedback(부궤환)이다. 부궤환을 걸어 주었을 때 반전증폭기와 비반전증폭기 모두 OP Amp의 이득과는 관계없이 외부소자만으로(‘저항의 비’로 결정) 이득값을 정확히 계산해 낼 수 있다.

반전증폭기

V-에는 Vout과 Vin의 사이 전압을 등분해서 집어넣게 돼 있다. 출력 전압이 다시 입력으로 들어가서 무한 반복되고 평형점에 이르게 된다. 그 결과 위 식의 값이 출력된다(-의 의미는 출력이 입력과 반전되어 있음을 나타낸다.)
비반전 증폭기

V+에 전압(Vin)을 걸어주면 저항 R1, R2에 의해 출력된 전압의 일부가 V-로 들어가게 되고, 그 과정이 무한 반복되면서 점점 평형상태를 이루게 되는데, 최종적으로 위 식의 값이 출력된다. 입력 신호와 출력 신호의 부호가 같고 이득이 항상 1보다 크기 때문에 신호의 크기를 크게만 할 수 있고 작게 줄일수 없다.

* R1=∞(개방), R2=0(단락)으로 두고 살펴보면, 증폭율이 1이되어 출력전압과 입력전압이 같은 전압플로워로 동작하는 연산 증폭기가 된다. 궤환 저항값을 적당히 선택함에 따라 연산증폭기는 상수 곱셈기(constant multiplier) 혹은 상수 나눗셈기(constant divider)로 동작한다. 이런 연산증폭기의 이득비를 스케일링 인자(scaling factor)라고 한다. 이것은 출력전압입출력 임피던스가 다른 두 회로를 연결할 때 사용한다.

참고 자료

없음