Applied Electronic Circuit #1

1. Applied Electronic Circuit #1 Amplifier, The Operational Amplifier 제출일 : 2014. 03. 24. 생체의공학과 2010103789 박 준 환

2. 1. Amplifier Fundamental • Amplifier • - Voltage Amplifier • - Current Amplifier • - Transresistance Amplifier • - Transconductance Amplifier • (-) 전압을 만드는 방법 • 부하(in Voltage/Current Source) • Signal • - Single-ended Signal • - Differential Signal

3. 1. Amplifier Fundamental • 신호원은 전압원일 경우 테브닌 등가회로, 전류원일 경우 노턴 등가회로로 표현된다. • Output의 Sensing을 하기 위해 측정하는 곳에 저항을 사용한다. + + 1) Amplifier output input Amplifier - - 전원 Output의 범위는 전원의 범위 내에 존재한다.

4. 1. Amplifier Fundamental • Voltage Amplifier + + + - - - 1) Amplifier Load <output> Source <input> Amplifier Ri = input resistance Ro = output resistance = input voltage of amp () = output voltage of amp () = voltage gain

5. 1. Amplifier Fundamental • Voltage Amplifier , 전압이득 전압분배에 의해 이득에서값 만큼 감소 → Loading effect * Loading effect를 없애기 위해 → ∞, → 0 - 전압분배를 최소화 하기 위해 입력 저항을 최대화 출력저항을 최소화 해야 한다. 1) Amplifier

6. 1. Amplifier Fundamental • Current Amplifier 4 + + + - - - 1) Amplifier Load <output> Source <input> Amplifier *= current gain(unloaded or short-circuit) * 전류이득 ( Loading effect → ) * Loading effect를 없애기 위해 → 0 , → ∞ - 전압분배를 최소화 하기 위해 입력 저항을 최소화 출력저항을 최대화 해야 한다.

7. 1. Amplifier Fundamental • Transresistance Amplifier < input : I , output : V > + + + + + - - - - - 1) Amplifier Load <output> Source <input> Amplifier * 이득 ( Loading effect → ) * Loading effect를 없애기 위해 → 0 , → 0 - 전압분배를 최소화 하기 위해 입력 저항과 출력 저항 모두 최소화 해야 한다.

8. 1. Amplifier Fundamental • Transconductance Amplifier < input : V , output : I > + - 1) Amplifier Load <output> Source <input> Amplifier * 이득 ( Loading effect →) * Loading effect를 없애기 위해 → ∞ , → ∞ - 전압분배를 최소화 하기 위해 입력 저항과 출력 저항 모두 최대화 해야 한다.

9. 1. Amplifier Fundamental • 기준전압을 0으로 만든 다음 전압원을 반대로 연결한다. 15V 15V 2) (-) 전압을 만드는 방법 +15V -15V V1, V2에 각각 14V가 인가되면 양단에서 +14V, -14V가 된다. Power Supply에도 위의 그림과 같이 전압을 만들어 주면 된다.

10. 1. Amplifier Fundamental • in DC Power Supply • DC Power Supply의 기능 표현 • - Vs = Open-circuit Voltage • - Rs = source resistance • - 최대전류 • 위 세가지는 기본적으로 표현되어야 한다. 3) 부하(in Voltage/Current Source) < DC Power Supply >

11. 1. Amplifier Fundamental • 부하 in Voltage Source • → 원하는 전압을 나타내기 위해 부하저항에 흘려야 하는 전류의 값 10V, 1A, 신호저항 = 0 DC Power Supply + + 3) 부하(in Voltage/Current Source) 10V 1V - - 부하저항 + 10V 최대로 흐를 수 있는 전류가 1A이므로,1V가 나옴 < 과부하(Overload) > - 부하저항이 작아지면 부하는 커진다

12. 1. Amplifier Fundamental • 부하 in Current Source • → 원하는 전류를 나타내기 위해 부하저항에 인가되는 전압의 값 • → 부하저항이 커지면 부하도 커진다 1A, 10V, 신호저항 = 0 3) 부하(in Voltage/Current Source) + + + 10V 10V 1V - - - < 과부하(Overload) >

13. 1. Amplifier Fundamental + - 3) Signal • Single-ended Signal • → 기준전위가 1개로 통일 ( V1, V2, V3, V4 ) • Differential Signal • → 기준전위가 다름 ()

14. Op-amp, Ideal Op-amp • Negative Feedback • Op-amp Circuit • - Non-inverting Amplifier • - Inverting Amplifier • - Unity Gain Voltage Buffer 2. The Operational Amplifier

15. 2. The Operational Amplifier • 한 개의 차동 입력과 한 개의 단일 출력을 가지는 직류 연결형고이득 전압 증폭기 + + - 등가회로 1) Op-amp, Ideal Op-amp + - - Single-ended output Differential input * Op-amp내의 기준전압 = 전원의 기준전압

16. 2. The Operational Amplifier • Ideal Op-amp • Ideal Op-amp 의 조건 • 1. ∞ • 2. 0 • 3. a ∞ • * 이득은 큰게 좋음 • but. 불안정, • 좁은 주파수 대역에만 정상동작 한다 (Loading effect X) + 1) Op-amp, Ideal Op-amp + - -

17. 2. The Operational Amplifier a : open loop gain + * = = = - a - negative : feedback ratio(factor) 2) Negative Feedback • 전압이득 A를 구하면 • (Closed-loop Gain) • : amount of feedback • (loop gain) • = 또는=( Op-amp의 Gain‘a’와 상관없이 증폭됨 )

18. 2. The Operational Amplifier • 왜 Negative Feedback을 사용할까? a : open loop gain + * Closed-loop Gain a - negative 2) Negative Feedback : feedback ratio(factor) ( T는매우 큰 값이므로 Closed-loop Gain이 변화하는 양이 작다 ) * Open loop Gain이 변하더라도 Closed-loop Gain이 크게 변하지 않는다. Gain의 안정화, 선형적 신호에 유리, 잡음의 특성이 좋아짐(모든 잡음이 아닌, 증폭기 중간의 잡음이 줄어듬)

19. 2. The Operational Amplifier • 왜 Negative Feedback에서 잡음의 특성이 좋아질까? 잡음 잡음 잡음 + + + - 2) Negative Feedback → Feedback을 거친 잡음은 줄어드나, 거치치 않은 신호는 그렇지 않다. (을 제외한 나머지는 잡음의 특성이 좋아진다.) ** 입력단()에 잡음이 들어오지 않도록 해야 한다.

20. 2. The Operational Amplifier • Negative Feedback을 가지는 선형 Op-amp의 해석 1. = 2. = = 0 3. * 는0~2V까지 Op-amp마다 다름 * 일 때 출력이 포화됨(Saturation) + 2) Negative Feedback - Tip> Op-amp 회로 구현 시 - 저항을 작은 것을 사용하면 전류가 많이 흘러 E의 소모가 크다 - 너무 큰 저항을 사용하면 잡음이 많다 → K 저항 사용

21. 2. The Operational Amplifier • Non-inverting Amplifier ( =전압이득 ) 3) Op-amp Circuit

22. 2. The Operational Amplifier • Non-inverting Amplifier EX) “100배 증폭” * 이 100으로 만들기 위해 R1과 R2의비율이 1:99로 만들기! 3) Op-amp Circuit * 오차가 발생하는 이유? - 저항성분의 오차로 비율이 틀려져서 오차가 발생

23. 2. The Operational Amplifier • Non-inverting Amplifier * EX)의 등가회로 에서 KCL을 적용하면 에서KCL을 적용하면 3) Op-amp Circuit - + - + → 근사적으로 가 된다.

24. 2. The Operational Amplifier • Non-inverting Amplifier * EX)회로에서 입력 저항과 출력 저항 구하기 - 나머지 전압원을 생략하고 구하고자 하는 전압 자리에 DC전압 ‘V’를 대입 1. 2. 3) Op-amp Circuit ⇒ , , 이므로 바로 접지에 붙어 V= 0, 이다. ⇒ Ideal일 때 = 0 이므로 = ∞

25. 2. The Operational Amplifier • Inverting Amplifier 이므로 = 3) Op-amp Circuit

26. 2. The Operational Amplifier • Inverting Amplifier 1. 2. 3) Op-amp Circuit - + 큰값이 아니므로 기능이 좋지 않다 (Pass저항이 없으므로)

27. 2. The Operational Amplifier • Unity Gain Voltage Buffer 1. Non-inverting Circuit 2. Inverting Circuit 3) Op-amp Circuit Loading Effect 발생 →Buffer의 사용으로 Loading Effect를 없애준다 의 개입 X → Loading Effect 발생 X

28. 2. The Operational Amplifier • Unity Gain Voltage Buffer 3) Op-amp Circuit Op-amp를 통과해서 나온 전압이 입력전압과 같아진다.

29. 2. The Operational Amplifier • Buffer를 사용한 Inverting Circuit 3) Op-amp Circuit <Buffer> Inverting Circuit에서 Loading Effect가 사라졌다.

30. 감사합니다.