응용전자회로 강의록#1 2010103821 생체의공학과 최준민 제출일 2014.03.24(월)

Operational Amplifier Fundamentals 증폭기의 간단한 구조 + + Amplifier Input(Vi) output(Vo) - - V T1=Asinwt A Op amp ①Bipolar : 양 극 모두 가진 ②Monopolar : 한 극만 가진 t Bipolar Signal

Reference Point Reference Point : Ground지점을 잡아주는 것, 즉 기준점을 잡아준다. 1.5V ① ① Reference Point ② ① ② ② ① : 1.5V ②: -1.5V ① : 3.0V ②: 1.5V ① : -1.5V ②: -3.0V

테브닝 등가회로 등가회로 : 복잡한 회로 → if 선형적 요소가 포함 하나의 저항과 하나의 전압으로 표현 → 일반적인 전압 증폭기의 등가회로 Vi + - aVi Vo

Voltage Amplifier aVi Vo Vi + - aVi Vo Vi 여기서 Vi에 걸리는 전압은 되도록 ↑ → Rs<Ri 즉 , Ri는 클수록 Vo에 걸리는 전압이 크기 위해서는 Ro < RL 이므로 Ro는 작을수록 전압 이득이 좋다 즉, Ri는 클수록 Ro는 작을수록 Loading Effect가 감소하게 된다. 입력부의 Loading Effect 출력부의 Loading Effect

Current Amplifier io iI aiI 입력부에서 흐르는 전류는 Ri 저항쪽에 많이 흘러야 하므로 → Ri<Rs (병렬이므로) 출력부에서 RL에 흐르는 전류가 많기 위해서는 → RL<Ro(병렬이므로) Loading Effect가 최소가 되기 위해서는 Ri는 작을수록, Ro는 클수록 좋다.

Trans Registance Amplifier iI + - Vo aiI 위 그림은 입력부는 전류원을 가지고 출력부는 전압원을 가진다. 입력부에서는 흐르는 전류는 Ri 저항쪽에 많이 흘러야 하므로 → Ri<Rs Vo에 걸리는 전압이 크기 위해서는 Ro < RL 이므로 Ro는 작을수록 좋다. 즉, Loading Effect가 최소가 되기 위해서는 Ri는 작을수록, Ro는 작을수록 좋다. 이 때의 이득률은 R의 단위 Ω을 가진다.

Trans Conduction Amplifier aVi io Vi 위 그림은 입력부는 전압원을 가지고 출력부는 입력원을 가진다. 입력부에서는 흐르는 전압은 Ri 저항쪽에 많이 흘러야 하므로 → Rs < Ri io에 걸리는 전압이 크기 위해서는 RL < Ro 이므로 Ro는 클수록 좋다. 즉, Loading Effect가 최소가 되기 위해서는 Ri는 클수록, Ro는 작을수록 좋다. 이 때의 이득률은 G의 단위 Ʊ을 가진다.

부하와 부하저항 1)전압원 전압원에서 부하란? 부하저항에 흘려주어야 하는 전류의 양 부하저항이란? 말그대로 부하되는 저항의 크기 1mA ① 1A ② ①의 경우 10V를 공급하기 위해 10kΩ에 1mA 넣으면 공급 가능 → 10W 힘으로 0.1W 사용 ②의 경우 10V를 공급하기위해 10Ω에 1A 넣으면 공급 가능 → 10W 힘으로 10W 사용 여기서 ①의부하 < ②의부하, ①의 부하저항 > ②의 부하저항

부하와 부하저항 위의 회로는 OverLoad 된 회로이다. 그 이유는 10V의 전압이 들어 갔을 때 1Ω에 흐르는 전류는 10A가 되는데 여기서 최대 전류 허용범위가 1A이다. 그러므로 최대전류인 1A가 흐르게 되고 결국 위 회로는 1V가 흐르는 과부하 상태가 된다. 즉, 부하저항에 10V를 공급해주기 위해서는 전원장치의 최대 전류허용범위가 10A가 된다면 공급 가능하다.

부하와 부하저항 2)전류원 전류원에서 부하란? 부하저항에 흐르는 전압의 크기를 의미한다. ② ① ①의 경우 1A를 공급하기 위해 1Ω에 1V 넣으면 공급 가능 → 10W 힘으로 1W 사용 ②의 경우 1A를 공급하기위해 10Ω에 10v 넣으면 공급 가능 → 10W 힘으로 10W 사용 여기서 ①의부하 < ②의부하, ①의 부하저항 < ②의 부하저항 만약, 저항이 100Ω이라면 흐르는 전압이 100V가 흘러야 하므로 OverLoad!

OP AMP 일반적으로 5개의 단자를 가지는 OP Amp +V VP VD = VP-VN VD Vo VN +V -V VP Vo 확대 + - aVD VN -V Single Ended output Differential Input -V

OP AMP Ideal OP Amp의 조건 (이상적인 OP Amp의 조건) 1)입력에서의 부하가 없어야 → Rd = 무한대 3)출력에서의 부하가 없어야 → Ro = 0 VP = aVD a가 무한대 이므로 VD=0 VD = 0이 되기 위해서는 VP = VN 즉, iP = iN = 0 +V VP iP = 0 VD Vo VN -V iN= 0

Signal의 종류 Single Ended signal : 하나의 기준점을 기준으로 다른 지점을 표현 Differential Ended signal : 기준점 없이 두 개 이상의 신호로 표현 VD = VP-VN +V VP 예) Single Ended voltage : V1, V2 , V3….. Differential Voltage : V21 = V2-V1 VD Vo VN -V Differential Input Single Ended output

Signal의 종류 - VDM + V1 V12 V1 - + VDM/2 VDM/2 + - VDM/2 a VCM + + V12 + - V1 VDM/2 - + VDM/2 + - - + VDM/2 a VCM + - + - - + V12 VCM VCM VDM/2

Negative Feed Back =De generative : 안정화 시키는 시스템 일반적으로 입력이 ↑ → 출력↑ Xi + Xd Xo Σ α - Negative FeedBack β Xf Feed Back ratio(factor)

Negative Feed Back Xi + Xd Xo Σ α - Negative Feedback은 입력과 출력을 안정화 시키며 입력전압↑, 출력↓ 하는데 효과적이지만 전압이득↓ β Xf

Negative FeedBack Negative Feed Back 을 가지는 선형 OPAMP의 해석 VP = VN iP = iN = 0 -VCC + VH ≤ Vo ≤ VCC - VH : 출력이 포화된 점 OPAMP에 따라 다르지만 보통 0~2V 중 한 값으로 고정된 값 *Negative Feed Back의 장점 Close loof gain의 입, 출력 = 선형적인 관계 2)피드백 사이에 들어온 잡음↓ +V VP iP = 0 VD Vo VN -V iN= 0

Non-inverting Amplifier Vi Vo =Vi Negative Feed back

Non-inverting Amplifier 회로해석을 위한 Non-Inverting AMP의 등가회로 (NO ideal) ① VO Vd aVd ② + - Vi a=106 ~ 107이므로 A에 비하면 나머지 값들은 모두 너무 작은 값!

Non-inverting Amplifier *입력저항과 출력저항 Test 전압 V를 입력원에 인가시켰을 때 전류의 양으로 비를 구해 저항을 구한다. Ri=V/i 일때 i는 이상적이 OPAMP의 특성에 따라 i =0 이므로 Ri = 무한대 즉, 입력저항 = 무한대 i 출력저항을 구하기 위해서 입력원을 그라운드로 연결 시킨다. 그러면 양단의 입력의 VP=VN=0이 되게 되고 VD=0이 된다. aVD = 0이 되게 되므로 R = V/i = 0 즉 , 출력저항 = 0 이 된다. V i

Inverting Amplifier 이득률이 음수 ( 위상이 반대) i2 Vi i1 Vo Virtual Ground

Inverting Amplifier *입력저항과 출력저항 VN=0 Virtual ground로 인해 VN=0이 걸리므로 V V를 걸어주었을 때 전류 i = V/R1 이므로 Ri = V/I = R1 즉, 입력저항 = R1 V i Virtual ground 출력저항을 구하기 위해서 입력원을 그라운드로 연결 시킨다. 그러면 양단의 입력의 VP=VN=0이 되게 되고 VD=0이 된다. aVD = 0이 되게 되므로 R = V/i = 0 즉 , 출력저항 = 0 이 된다. 반전 or 비반전 출력저항 = 0 V i

Voltage Buffer (=Unity gain) Vi Vo 버퍼로 인해 Vs전압이 결국 R1, R2에 흐른다. (부하효과 없이) iP = 0 이므로 Vs 버퍼→부하효과 없앤다.