실험 개요
OP-amp(연산증폭기)는 아날로그 회로의 만능 빌딩 블록이다. 매우 큰 개방루프 이득, 큰 입력 임피던스, 작은 출력 임피던스라는 특성을 음귀환과 결합해 정확한 이득의 증폭기를 만든다. 학부에서는 비반전·반전 회로를 직접 만들어 이득을 측정한다.
이론 배경
이상 OP-amp 가정
(1) 두 입력 단자 간 전압차 = 0 (가상 접지). (2) 입력 전류 = 0. 음귀환이 활성일 때 성립.
비반전·반전 이득
비반전: Av = 1 + Rf/Ri. 반전: Av = −Rf/Ri. 두 회로 모두 음귀환이 핵심.
GBW 한계
이득–대역폭곱(GBW)이 일정. 예: 741은 GBW ≈ 1 MHz, 이득 100이면 −3 dB 대역폭 10 kHz.
실험 장치 및 시약
- — OP-amp IC (LM741, TL071)
- — 이중 전원(±15 V)
- — 함수발생기, 오실로스코프
- — 저항·캐패시터, 브레드보드
실험 절차
- 1.비반전 증폭기를 Ri = 1 kΩ, Rf = 9 kΩ (이득 10) 으로 구성.
- 2.1 kHz 정현파 50 mVpp 입력을 인가하고 출력 측정.
- 3.주파수를 100 Hz~100 kHz로 스윕하며 이득 측정 (보드 선도).
- 4.반전 증폭기로 변경해 동일 측정.
- 5.이득을 100, 1000으로 올려 GBW 한계 관찰.
데이터 처리
측정 이득 vs 이론 이득 표. 보드 선도에서 −3 dB 대역폭 결정 후 GBW = 이득 × 대역폭이 일정한지 확인.
예비보고서 항목별 작성 팁
이론
음귀환이 왜 안정성을 주는지 직관적으로 설명. 가상 접지 개념의 의미.
자주 하는 실수
- — 이중 전원의 양·음 단자를 거꾸로 연결
- — OP-amp 핀번호를 데이터시트와 다르게 연결
- — 큰 입력으로 출력이 saturation에 도달한 것을 정상 동작으로 오인
자주 묻는 질문
Q. 왜 음귀환을 사용하나요?
OP-amp 자체의 개방루프 이득은 매우 크지만(10⁵~10⁶) 부정확하고 비선형입니다. 음귀환을 걸면 이득이 외부 저항 비로만 결정되어 정확하고 선형이 되며, 대역폭과 입력 임피던스도 크게 개선됩니다. 그 대가로 이득이 줄어듭니다.
Q. GBW가 일정하다는 것이 어떤 의미인가요?
이득을 두 배로 올리면 대역폭이 절반이 됩니다. 매우 큰 이득과 넓은 대역폭은 동시에 얻을 수 없으며, 둘의 곱은 OP-amp 종류에 따라 고정된 상수입니다. 광대역 응용에는 GBW가 큰 OP-amp(GHz급)가 필요합니다.
참고 표준·문헌
본 가이드는 다음 표준·교과서·핸드북의 정의·식·표준 절차를 따라 작성되었습니다. 학교 양식과 표준 절차가 다를 경우 학교 양식을 우선합니다.
- [1]Sedra, A.S., Smith, K.C. — Microelectronic Circuits, 8th ed., Oxford University Press, 2019
- [2]Irwin, J.D., Nelms, R.M. — Basic Engineering Circuit Analysis, 11th ed., Wiley, 2015