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소개글

광센서(Photo-Sensor)를 이용하여 빛 신호를 전류 신호로 변환하고, 연산증폭기 (Operational Amplifier)의 용도와 사용법을 익힌 후 `Pre-Amplifier` 회로를 통해 전류를 전압으로 바꾸고 증폭시킴으로써 그 기능을 확인해 보는 실험에 관한 결과보고서

목차

Abstract

Ⅰ. Introduction

Ⅱ. Experimental Method

Ⅲ. Results

Ⅳ. Discussion

References

본문내용

Ⅰ. Introduction

이번 실험은 광센서(Photo-Sensor)를 이용하여 빛 신호를 전류 신호로 변환하고, 연산증폭기 (Operational Amplifier)의 용도와 사용법을 익힌 후 `Pre-Amplifier` 회로를 통해 전류를 전압으로 바꾸고 증폭시킴으로써 그 기능을 확인해 보는 실험이다.
‘연산(Operational)’의 사전적인 뜻은 ‘언제/어디서든지 쓸 수 있도록 만들어진’ 이란 의미로서, ‘연산증폭기’란 전자회로의 어느 활용 면에서도 여러 가지 형태로 쓰여질 수 있는 만능 증폭기를 일컫는다. 이상적인 연산 증폭기는 무한대의 전압이득(증폭도, Av=∞) • 입력저항(Rin=∞) • 대역폭 (Band Width=∞), 0인 출력저항(Rout=0) • 상쇄전압 • 전류를 가지며 온도에 따른 소자 파라미터의 변동이 없다. 연산증폭기의 기호는 다음 그림과 같다.

이번 실험에는 연산증폭기를 이용하는 회로망 중 ‘음성 피드백 회로(Negative Feedback Circuit)을 사용한다. 연산증폭기의 출력신호가 입력단자에 연결되었을 때 이 신호를 ‘피드백’이라 하고, 피드백 신호의 부호가 전환입력 특성에 따라 Vi 의 부호와 반대가 되는 것을 ‘음성 피드백’이라고 한다. 다음은 음성 피드백을 가지고 있는 연산증폭기의 회로를 나타낸 것이다.

연산증폭기의 출력전압 vo은 v-와 v+ 사이의 전압차에 증폭기의 열린 루프 증폭률 A를 곱한 것이다. 즉,

으로 나타낼 수 있고, 이를 v-에 대해 정리하면

가 된다. 이 때 A가 104~106 로 상당히 큰 값을 나타내므로,

과 같이 정리할 수 있다. 또한, 회로의 입력전류 ii는 Ohm 의 법칙으로부터

와 같음을 알 수 있다. 여기서 vi는 공통접지에 대한 입력전압이다.
마찬가지로 피드백전류 If는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

연산증폭기는 매우 큰 입력저항을 가지기 때문에 연산증폭기로 들어가는 전류는 ii와 if에 비해서 무시할 수 있는 정도이다. 따라서 Kirchhoff의 전류법칙에 의하면 ii와 if는 사실상 같아야 한다. 그러므로,

으로 나타낼 수 있고, 식 (2)의 v-를 식 (6)에 대입하면 다음

을 얻을 수 있다. 식 (2)의 결과처럼 회로공통에 대한 합산점 S에서의 전압 v-는 필연적으로vi나 vf에 비해 무시될 수 있다. 그리하여 다음 식 (8)으로 더 간단히 할 수 있다.

그러므로 음성피드백을 갖는 연산증폭기의 증폭률 vo/vi는 Rf와 Ri에만 의존하고 증폭기의 성능 특성이나 증폭기 자체의 증폭률 변동에는 무관하다.
광전류에서 나오는 전류를 Op-Amp를 사용하여 전압으로 바꾼 후 (이 때 식은 다음과 같다.)

다시 한 번 Op-Amp를 이용하여 이 전압을 증폭한다. 이 때 증폭률은 식 (8)을 응용한다. 이 때 저항값에 따라 증폭률이 달라진다.

참고 자료

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