응용전자회로 강의록 #1

1 최준민

Dept. of Biomed. Eng. BME303:Applied Electronic Circuit Kyung Hee Univ.

응용전자회로 강의록 #1

2010103821 생체의공학과 최준민제출일 2014.03.24( 월 )

2 최준민

Dept. of Biomed. Eng. BME303:Applied Electronic Circuit Kyung Hee Univ.Operational Amplifier Fundamen-tals• 증폭기의 간단한 구조

Amplifier

+ +

--Input(Vi) output(Vo)

Op amp ①Bipolar : 양 극 모두 가진 ②Monopolar : 한 극만 가진

T1=Asinwt

t

V

A

Bipolar Signal

3 최준민


Reference Point• Reference Point : Ground 지점을 잡아주는 것 , 즉 기준점을 잡아준다 .

1.5V

Reference Point

①

②

1.5V

①

②

1.5V

①

②

① : 1.5V ②: -1.5V ① : 3.0V ②: 1.5V ① : -1.5V ②: -3.0V

4 최준민

Dept. of Biomed. Eng. BME303:Applied Electronic Circuit Kyung Hee Univ.테브닝 등가회로• 등가회로 : 복잡한 회로 → if 선형적 요소가 포함 하나의 저항과 하나의 전압으로 표현

→

일반적인 전압 증폭기의 등가회로

V s

R s

+-

V s

R s

R i

R o

R L

ViVoaVi

5 최준민


Voltage Amplifier

+-

V s

R s

R i

R o

R LVi

VoaVi

aRR

RRR

RVVA

aVRR

RVVRR

RV

Lo

L

is

i

s

iv

iLo

Ls

is

ii

0

여기서 Vi 에 걸리는 전압은 되도록 ↑ → Rs<Ri 즉 , Ri 는 클수록Vo 에 걸리는 전압이 크기 위해서는 Ro < RL 이므로 Ro 는 작을수록 전압 이득이 좋다즉 , Ri 는 클수록 Ro 는 작을수록 Loading Effect 가 감소하게 된다 .

입력부의 Loading Effect

출력부의 Loading Effect

6 최준민


Current Amplifier

R s R i R oR Lis

iI

aiI

io

aRR

RRR

RiiA

aiRR

RiiRR

Ri

Lo

o

Is

s

s

oI

ILo

oos

Is

sI

입력부에서 흐르는 전류는 Ri 저항쪽에 많이 흘러야 하므로 → Ri<Rs ( 병렬이므로 )

출력부에서 RL 에 흐르는 전류가 많기 위해서는 → RL<Ro( 병렬이므로 )

Loading Effect 가 최소가 되기 위해서는 Ri 는 작을수록 , Ro 는 클수록 좋다 .

7 최준민


Trans Registance Amplifier

R s R i

R o

R Lis +- aiI

iIVo

aRR

RRR

RiVA

aiRR

RViRR

Ri

Lo

L

Is

s

s

oR

ILo

Los

Is

sI

위 그림은 입력부는 전류원을 가지고 출력부는 전압원을 가진다 .

입력부에서는 흐르는 전류는 Ri 저항쪽에 많이 흘러야 하므로 → Ri<Rs

Vo 에 걸리는 전압이 크기 위해서는 Ro < RL 이므로 Ro 는 작을수록 좋다 .

즉 , Loading Effect 가 최소가 되기 위해서는 Ri 는 작을수록 , Ro 는 작을수록 좋다 .

이 때의 이득률은 R의 단위 Ω 을 가진다 .

8 최준민


Trans Conduction AmplifierV s

R s

R i R oR L

Vi

aVi io

위 그림은 입력부는 전압원을 가지고 출력부는 입력원을 가진다 .

입력부에서는 흐르는 전압은 Ri 저항쪽에 많이 흘러야 하므로 → Rs < Ri

io 에 걸리는 전압이 크기 위해서는 RL < Ro 이므로 Ro 는 클수록 좋다 .

즉 , Loading Effect 가 최소가 되기 위해서는 Ri 는 클수록 , Ro 는 작을수록 좋다 .

aRR

RRR

RVi

A

aVRR

RiVRR

RV

Lo

o

is

i

s

oG

iLo

os

is

ii

0

이 때의 이득률은 G 의 단위 Ʊ 을 가진다 .

9 최준민

Dept. of Biomed. Eng. BME303:Applied Electronic Circuit Kyung Hee Univ.부하와 부하저항1) 전압원전압원에서 부하란 ? 부하저항에 흘려주어야 하는 전류의 양부하저항이란 ? 말그대로 부하되는 저항의 크기

1 0 k

1 0 V

1 A 1 0

1 0 V

1 A

1mA

①

1A

②

① 의 경우 10V 를 공급하기 위해 10kΩ 에 1mA 넣으면 공급 가능 → 10W 힘으로 0.1W 사용② 의 경우 10V 를 공급하기위해 10Ω 에 1A 넣으면 공급 가능 → 10W 힘으로 10W 사용여기서 ①의부하 < ② 의부하 , ① 의 부하저항 > ② 의 부하저항

10 최준민

Dept. of Biomed. Eng. BME303:Applied Electronic Circuit Kyung Hee Univ.부하와 부하저항1

1 0 V

1 A

위의 회로는 OverLoad 된 회로이다 .

그 이유는 10V 의 전압이 들어 갔을 때 1Ω 에 흐르는 전류는 10A 가 되는데 여기서 최대전류 허용범위가 1A 이다 . 그러므로 최대전류인 1A 가 흐르게 되고 결국 위 회로는 1V 가흐르는 과부하 상태가 된다 . 즉 , 부하저항에 10V 를 공급해주기 위해서는 전원장치의 최대 전류허용범위가 10A 가 된다면 공급 가능하다 .

11 최준민

Dept. of Biomed. Eng. BME303:Applied Electronic Circuit Kyung Hee Univ.부하와 부하저항2) 전류원전류원에서 부하란 ? 부하저항에 흐르는 전압의 크기를 의미한다 .

11 0 V1 A

1 01 0 V1 A① ②

① 의 경우 1A 를 공급하기 위해 1Ω 에 1V 넣으면 공급 가능 → 10W 힘으로 1W 사용② 의 경우 1A 를 공급하기위해 10Ω 에 10v 넣으면 공급 가능 → 10W 힘으로 10W 사용여기서 ①의부하 < ② 의부하 , ① 의 부하저항 < ② 의 부하저항만약 , 저항이 100Ω 이라면 흐르는 전압이 100V 가 흘러야 하므로 OverLoad!

12 최준민


OP AMP• 일반적으로 5 개의 단자를 가지는 OP Amp

VP

VN

Vo

-V

+V

VD

R dR o

0

+-

+V

-V

VP

VN

VoVD확대

Differential Input Single Ended output

VD = VP-VN

aVD

13 최준민


OP AMP• Ideal OP Amp 의 조건 ( 이상적인 OP Amp 의 조건 )

1) 입력에서의 부하가 없어야 → Rd = 무한대2) 증폭량이 크기 위해서 a = 무한대3) 출력에서의 부하가 없어야 → Ro = 0

VP

VN

Vo

-V

+V

VD

VP = aVD

a 가 무한대 이므로 VD=0

VD = 0 이 되기 위해서는VP = VN

즉 , iP = iN = 0

iP = 0

iN= 0

14 최준민


Signal 의 종류• Single Ended signal : 하나의 기준점을 기준으로 다른 지점을 표현• Differential Ended signal : 기준점 없이 두 개 이상의 신호로 표현

VP

VN

Vo

-V

+V

VD

Differential Input Single Ended output

VD = VP-VN

예 )Single Ended voltage: V1, V2 , V3…..

Differential Voltage: V21 = V2-V1

15 최준민


Signal 의 종류V 1 V 2

0 0

- VDM +

DMCMDMCM

CM

DM

VVVVVV

signalCommonVVV

signalalDifferentiVVV

21

21

mode : )(21

mode :

21

12

12

이용하면연립방정식을

-+

+-

V1

+-

+-

V12

VDM/2 VDM/2

VCM VCM

a- +

+ -

- +

V1

V12

VDM/2

VDM/2

VCM

16 최준민


Negative Feed Back• =De generative : 안정화 시키는 시스템일반적으로 입력이 ↑ → 출력↑ 이때 출력이 유지되기를 원한다면 Negative FeedBack 을 이용

Σ α

β

Xi Xd Xo

Xf

+

-

Feed Back ratio(factor)

Negative FeedBack

17 최준민


Negative Feed BackΣ

α

β

Xi Xd Xo

Xf

+

-

1lim lim 1

1

) : , : 1(

: 1

Ta

AorA

TT

TA

gainloofTfeedbackofamount

gainloofclosedaAXX

XXX

XXXX

i

o

fid

of

do

Negative Feedback 은 입력과출력을 안정화 시키며 입력전압↑ , 출력↓ 하는데 효과적이지만 전압이득↓

18 최준민


Negative FeedBack• Negative Feed Back 을 가지는 선형 OPAMP 의 해석1) VP = VN

2) iP = iN = 03) -VCC + VH ≤ Vo ≤ VCC - VH : 출력이 포화된 점

OPAMP 에 따라 다르지만 보통 0~2V 중 한 값으로 고정된 값

VP

VN

Vo

-V

+V

VD

iP = 0

iN= 0

*Negative Feed Back 의 장점1) Close loof gain 의 입 , 출력 = 선형적인 관계2) 피드백 사이에 들어온 잡음↓

19 최준민


Non-inverting AmplifierN o n -in v e rt in g O P A M P

+

-

O U T

R 2

1 k

R 1

0

Vi

Vo

Negative Feed back

=Vi

1

2

1

2

21

1

1

1

RR

VVA

OPAMPInvertingNon

VRRVV

RRRV

OPAMP

i

oV

iooi

전압이득률의

사용하면전압분배법칙을따라이상조건에

20 최준민


Non-inverting Amplifier• 회로해석을 위한 Non-Inverting AMP 의 등가회로 (NO ideal)

R 1 R 2

R d

R o

0

0

①

②

0

2

0

KCL 1

02

21

RVaV

RVV

KCLRVV

RV

RVV

ODON

NON

d

Ni

에서의노드

에서의노드

Vi

VO

+-Vd aVd

1

2

1

02

1

2

1

2

11

1

RR

RR

RRR

RRa

RRa

RR

VVA

o

d

d

o

i

O

a=106 ~ 107 이므로A 에 비하면 나머지 값들은 모두 너무 작은 값 !

21 최준민


Non-inverting AmplifierN o n -in v e r t in g O P A M P

+

-

O U T

R 2

1 k

R 1

0

V

i Test 전압 V 를 입력원에 인가시켰을 때 전류의 양으로비를 구해 저항을 구한다 .

Ri=V/i 일때 i 는 이상적이 OPAMP 의 특성에 따라 i =0

이므로 Ri = 무한대 즉 , 입력저항 = 무한대N o n -in v e rt in g O P A M P

+

-

O U T

R 2

1 k

R 1

0

0 출력저항을 구하기 위해서 입력원을 그라운드로 연결 시킨다 . 그러면 양단의 입력의 VP=VN=0 이 되게되고 VD=0 이 된다 . aVD = 0 이 되게 되므로 R = V/i = 0

즉 , 출력저항 = 0 이 된다 .

i

* 입력저항과 출력저항

22 최준민


Inverting Amplifier• 이득률이 음수 ( 위상이 반대 )

Vi

Vo

I n v e rt in g O P A M P

+

-

O U T

0

R 2R 1

1

2

1

2

22

11

,0

RR

VVA

OPAMPInverting

VRRV

RVi

RVi

VViOPAMP

i

oV

io

oi

NPN

전압이득률의

이므로따라이상조건에

Virtual Ground

i2

i1

23 최준민


Inverting Amplifier* 입력저항과 출력저항


+

-

O U T

0

R 2R 1


+

-

O U T

0

R 2R 1 Virtual ground 로 인해 VN=0 이 걸리므로 V 를 걸어주었을 때 전류 i = V/R1 이므로Ri = V/I = R1 즉 , 입력저항 = R1

i

Virtualground

VN=0 V

출력저항을 구하기 위해서 입력원을 그라운드로 연결 시킨다 . 그러면 양단의 입력의 VP=VN=0 이 되게되고 VD=0 이 된다 . aVD = 0 이 되게 되므로 R = V/i = 0

즉 , 출력저항 = 0 이 된다 .

반전 or 비반전 출력저항 = 0

0

V i

24 최준민


Voltage Buffer (=Unity gain)

B u f f e r

+

-

O U T

R 2

R 1

0

Vi

Vo

증폭기배인이득률 1 1

0 , 1

0

211

20

i

i

VV

RRVRRV

B u f f e r

+

-

O U T

B u f f e r

+

-

O U TR s

V s

0

R 1 N o n -in v e rt in g A m p

+

-

O U T

0

R 2

버퍼→부하효과 없앤다 .iP = 0 이므로Vs

버퍼로 인해 Vs 전압이결국 R1, R2 에 흐른다 .

( 부하효과 없이 )

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