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

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1 응용전자회로 강의록#1 생체의공학과 최준민 제출일 (월)

2 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

3 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

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

5 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

6 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.

7 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.

8 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.

9 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

10 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.

11 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!

12 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

13 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

14 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

15 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

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

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

18 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

19 Non-inverting Amplifier
Vi Vo =Vi Negative Feed back

20 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!

21 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

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

23 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

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