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지난 시간에는 연산증폭기 중

가산증폭기를 공부했었습니다.

차분증폭기는 가산증폭기와 원리가 비슷합니다.

해서 짧게 이번시간 마무리 해보도록 하겠습니다.

가산증폭기가

여러 입력이 존재하는 경우 입력에 가중치를 두어 합산한 값을 출력하는 것이라면

차분증폭기는

두 입력 사이의 차이만큼 증폭하는 기기입니다.

두입력의 차이만큼 증폭한다는 의미는 돌려 표현하면

두입력상 공통적으로 인입되는 신호는 무시하겠다는 의미로 해석하시면 되는데요.

그림을 보겠습니다.

차분증폭기는 이렇게 생겼습니다.

외부에 전압원 두개가 있고

이상적인 연산증폭기를 가정하고 문제를 해석하는 것이기 때문에

양 입력단 전류는 0입니다.

(V1 - Vo) / R1 = (Va - Vo) / R2

라고 쓸수 있겠죠.

또한

(V2 - Vb)/R3 = Vb / R4 입니다.

Va = Vb

이 수식을 잘 정리하면

아래 수식을 얻을 수 있어요.

Vo = {R2(1+R1/R2)}*V2/{R1(1+R3/R4)} - V1* R2/R1

우리가 위 수식에서 알 수 있는 건.

V1 = V2 가 동일하고

R1/R2 = R3/R4

비율이 성립될 때

아래 수식으로 정리될 수 있다는 사실인데

Vo = (R2/R1)*(V2-V1)

정리해보면 V2와 V1의 차이만큼을 R2와 R1의 비율로 출력을 조정할 수 있다 입니다.

예를들어 이런겁니다.

V2 = 6[V]

V1 = 5[V]

R1 = R2

인 경우에는

단순히 뺄셈 계산기의 역할을 수행할겁니다.

허나

V2 = 6[V]

V1 = 5[V]

R2/R1= 0.8 인 경우에는

0.8[V] 출력이 나옵니다.

뺄셈 계산기는 뺄셈 계산긴데

감도를 조정할 수 있다는 겁니다.

어디에 이런게 응용될 수 있을까요??

R2/R1이 가변저항으로써 그 비율이 계속 변할 수 있다고 한다면,

어떤 전압을 넣던

일정한 출력을 내고 싶은 경우가 있어요.

예시에 든것처럼 0.8[V]가 나오게끔 하고싶은데

어떤 이유로

V2가 7[V]

V1이 5[V]

들어갔다면 어떨까요?

R2/R1 비율이 0.8로 동일하다고 했을때

출력은 1.6[V]가 나올겁니다.

허나 R2/R1의 비율이 0.4가 된다면요?

출력은 0.8[V]가 나오겠죠?

즉 입력의 값자체가 통제가 안되고 변하더라도

저항의 비율을 통해서

일정한 출력을 내보낼 수 있다는 의미...!

정전압 소자가 구현되었네요.

지난시간과 다르게 내용 설명이 다소 짧았습니다.

가산기와 감산기는 그 맥락이 같기 때문에

자세한 설명보다는 이상적인 연산증폭기가 이런 원리로 응용되고 있다는 사실을

숙지하실 수 있도록 이글을 작성했습니다.

이로써 이상적인 OP AMP 포스팅을 마치겠습니다.

이 포스팅을 시작하기에 앞서

어떠한 방법으로 이산적인 연산증폭기가

계산에 응용될 수 있는지 말씀드렸었죠.

미분 적분과 같은 고급계산에 대해서 설명하지는 못했지만,

모든 연산수식이 덧셈과 뺄셈에서 이루어지는 것이니 만큼

기초적인 원리를 탄탄히 이해하시고 필드엔지니어로 몸담으신다면

분명 배웠던 것들이 서로 매칭되는 때가 있을겁니다.

지난시간에

반전증폭기에 대해서 공부했었습니다.

사실 비반전 증폭기도 있지만

내용이 매우 흡사하여 생략하고

다음 포스팅으로 넘어가보도록 하겠습니다.

오늘 배울 것은 가산증폭기 입니다.

OP AMP를 처음 포스팅할때 분명히 말씀드렸죠.

OP AMP가 어떻게 덧셈과 뺄셈 계산이 가능한건지

이런 원리가 무엇인지에 대해서요.

띄엄 띄엄 포스팅하여 다소 흐름이 끊긴 느낌이 있지만

포스팅을 꾸준히, 정독하신 분이시라면 얼추 개념이 잡혔으리라 확신합니다.

오늘은 더하기 기능을 수행하는 OP AMP의

가산증폭기를 본격적으로 알아보도록 하겠습니다.

가산 증폭기는 입력이 여러개 존재할 때

가중치를 주어

더해진 값을 출력으로 내보내는 장치입니다.

가중친 뭐고 대체 어떻게 준다는걸까요??

먼저 아래 그림을 봅시다.

가산증폭기를 표현한 그림에서

R1에 흐르는 전류를 i1

R2에 흐르는 전류를 i2

R3에 흐르는 전류를 i3

이라고 가정하고

OP AMP의 양 입력단자(OP AMP 상 -와 + 입력부분) 전위를

Va라고 표현하겠습니다.

키르히호프 전류 법칙에 의하여

i1+i2+i3 = I1

된다는 사실은 인지상정이죠.

옴의법칙에 의하여 위 수식을

아래처럼 정리할 수 있습니다

i1 = (v1 - Va) / R1

i2 = (v2 - Va) / R2

i3 = (v3 - Va) / R3

여기서 주목해야할 부분은 저항 R4에 흐르는 전류도

I1 이라는점.

이상적인 OP AMP를 가정하고 문제를 풀기때문에 그렇습니다.

이마저도 무슨말인지 이해가 안가신다면 복습이 안된 것이니

차근차근 앞 포스팅으로 넘어가서 정독해주세요.

I1은 이렇게도 표현할 수 있습니다.

I1 = { Va - V(out) } / R4

연두색 음영에 기술된 모든식을 종합하여 정리해보면

아래 수식이 성립하겠죠.

(v1 - Va) / R1 + (v2 - Va) / R2 + (v3 - Va) / R3 = { Va - V(out) } / R4

여기서 다시 중요한 부분!

이상적인 OP AMP를 가정하였기 때문에

Va는 0이 된다는점.

(모르겠다면 앞에 내용을 다시 복습하고 오세요!)

때문에 수식은 이렇게 최종 정리됩니다.

v1 / R1 + v2 / R2 + v3 / R3 = - V(out) / R4

수식은 여기까지 증명되었죠.

근데 이 수식이 대체 무엇을 의미하냐는 거가 중요하겠죠.

수식을 가만히 들여다보니

V(out)은 출력 전압인데.

저항의 비율을 통해서 입력 전압을 조정할 수 있고

전압을 펌핑할 수 있다 정도로 이해할 수 있겠죠?

예를 들어 이겁니다.

v1 = 1[V]

v2 = 2[V]

v3 = 3[V]

이고,

R1, R2, R3, R4가 모두 1[ohm] 으로 동일하다고 하다면

V(out) = -6[V]가 될 겁니다.

결국  R1, R2, R3, R4가 모두 1ohm 이라면

내가 수학적으로 계산할 수 있는 수식은 (1 + 2 + 3)*(-1)

딱 한가지인 겁니다.

하지만.!

저항을 적절히 섞는다면 입력전압의 비율을 조정할 수 있고

결국 출력전압이 영향을 받는다는게 이 수식의 키포인트입니다.

즉,  입력전압은 정해진 값(1[V], 2[V], 3[V])이 들어가더라도

저항의 비율로 입력 값을 조정할 수 있기에

다양한 덧셈식을 표현하는게 가능해집니다.

물론.

입력전압 자체를 바꾸면 되는거 아니냐고 반문하실 수 있는데,

전압을 바꿔주는 장치보다.

저항이 훨씬 쌉니다.

단순한 계산 기능이 필요한 것이며

정밀하지 않아도 된다면,

저라면

엔지니어 관점에서 저항을 쓰겠습니다.

오늘은 여기까지 하겠습니다.

안녕하세요.

오랜만에 다시 회로이론 포스팅이네요.

회로이론 포스팅하다가 왜 뜬금없이 반도체 분야를 포스팅했었는지

궁금하셨을수도 있으리라 보는데...

어느날 블로그를 들어와보니 포스팅하겠다고 메뉴는 여러개 만들어 놨었는데

막상 대부분의 메뉴 포스팅이 0이고...

회로이론이랑 PLC만 여럿 있더라고요...

해서 이제는 회로이론뿐만 아니라 중간중간 다른 분야 역시 포스팅을

골고루 해볼까합니다. 

시간이 꽤흘렀지만.

우리는 지난시간에 이상적인 OP AMP에 대해서 공부했었습니다.

이상적이라는 말 자체가

이세상에 없는 소자이지만

이것을 배워야 하는 이유는 분명히 말씀드렸었죠.

이상적인 회로 자체가 소자를 만드는데 목표가 될 수 있기 때문이죠.

아무리 이상적인 회로를 만들기 위해 노력해봤자

이상적인 회로를 만들어낼 순 없을겁니다.

하지만 우린 이걸 만들어내기 위해 노력해야 하는겁니다.

서두가 길었습니다.

오늘은 반전 증폭기에 대해서 배워보겠습니다.

반전증폭기는

이렇게 생겼습니다.

특징이 있다고 하면.

전압원 V2중 '+' 극성을

OP AMP의 - 에 입력시켜주고

접지선을 

OP AMP의 +에 입력시켜줌으로써

실제 출력되는 전압을 역으로 이용하는 결과를 빚습니다

반전 증폭기는 논리회로에서 NOT의 신호를 표현하는 것으로.

1 * (-1) = -1

위 수식에서

(-1)의 역할을 OP AMP가 한다고 보시면 되겠네요.

다시 다른 수식을 보면.

1* (-2.5) =  -2.5

위 수식에서

-2.5가 OP AMP 역할을 하는거니까.

여기서 입력과 출력 전압의 비율이 -2.5인 OP AMP라고 볼 수 있고

Vo/Vi = -2.5라고 볼수도 있겠죠.

OP AMP는 실제의 모습으로 보면

어떤 전압이 들어가면

어떤 출력이 나오는 형식입니다.

회로가 복잡하고 어려워보이지만

사실 반전증폭기의 역할의 주내용은 이게 

끝입니다.

어렵게 수식 계산에 주목하지마세요.

수식 계산이 중요한게 아니라

이게(반전증폭기) 뭐할때쓰는건지 원리를 이해하는게 훨씬 이득입니다.

말씀드렸다시피

연산증폭기는 연산기능을 수행하도록 설계되었습니다.

이쯤 설명했으면 연산기능이 어떠한 원리로 수행되는지

이해하셨으리라 생각합니다.

주내용을 이해하셨으니

부수적으로

수식 계산 역시 진행해보겠습니다.

다시 회로를 들고왔습니다.

이상적인 연산증폭기이니 우리는 아래 사실을 정리할 수 있습니다.

일단

I1 = I2

입니다.

I1 = I2를 옴의법칙으로 정리를 적절히 해보면

(V2 - V1) / R1 = (V1 - Vo) / R2

라는것도 쉽게 이해되시죠?

여기에다가 OP AMP의 단자중 '+'가 접지에 연결되어있으므로

V1이 0[V]가 됩니다.

그말은

V2 / R1 = - Vo / R2

라는 이야기인데

V2라는게 입력 전압 Vi와 같으므로

정리하면

Vi / R1 = - Vo / R2

가되죠.

입력과 출력전압을 정리하면

Vo = -Vi * (R2 / R1)

이라는 의미와 일맥상통하며

Vo / Vi = -(R2 / R1)이므로

여기서 나타낸 -(R2/ R1)이

위에서 열심히 설명한 내용중

아래 인용구

"

1* (-2.5) =  -2.5

위 수식에서

-2.5가 OP AMP 역할을 하는거니까.

"

-2.5를 뜻합니다.

이정도면 이해 못하는게 더힘들거에요.

오늘은 여기까지 하겠습니다.

대망의 마지막 공정 학습시간입니다.

어느덧 반도체 8대공정 강의 마무리 단계에 와있네요.

반도체 8대공정 포스팅이 끝나면 다시 회로이론으로 넘어갔다가

중간중간 여러 실무이론에 대해서 간혹 포스팅 해드리겠습니다.

지난시간에 만들어진 반도체에 대한 Q.C 업무를 배웠었죠.

오늘 배울건 Q.C 업무가 끝난 다음

마무리 단계의 포장 공정이라 생각하시면 되겠어요.

우린 지난시간에 EDS 공정을 배웠죠.

EDS 공정을 거치고나서 선별된 정상적인 반도체 칩들은

기기에 탑재되기 적합한 형태로 만들어집니다.

반도체 칩이라 함은 흔히 아래 사진을 생각하시면 되겠습니다.

보드가 있고 그안에 사람의 두뇌 역할을 하는 칩이 박혀있죠.

칩이 잘 삽입되고 나서 확인해야 될 부분을 생각해보면.

반도체 자체의 성능 검증은 끝났기 때문에

그다음으로 생각해야 할 부분이

반도체 외의 부분과 조립하였을때 전기신호를 제대로 주고 받을 수 있느냐이겠죠.

더군다나 매우 작고 고가의 반도체가 작은 충격이나 열에 망가져서도 안될겁니다.

적절한 보호조치가 필요하다는 이야기이죠.

패키징 공정은 흔히 아래와 같이 이루어집니다.

1. 웨이퍼 소잉/다이싱

웨이퍼에 여러가지 IC 칩이 있는데.

이걸 각각 잘라서 사용할 수 있게끔 만드는 공정이 되겠습니다.

2. 칩접착: 절연된 칩을 낱개단위로 PCB 기판위에 올리는 작업

웨이퍼가 원형 모양에

여러개의 칩이 붙어 있는 형상이란것 정도는 이쯤이면 모두들 아시겠죠.

위는 웨이퍼 사진입니다.

이렇게 웨이퍼에 격자 모양으로 여러개의 I.C 칩이 될 여러가지 소자들을

잘라서 낱개로 기판에 올리는 작업을 수행하는거죠

3. 금선연결: 기판위에 올려진 칩이 PCB랑 붙을 수 있게 칩과 기판을 연결해주는 작업

반도체는 그자체적으로 검증되었지만

외부 기판과 연결되었을때 신호가 잘 통하는지에 대해선 검증한 바 없으므로

해당공정을 진행합니다.

4. 성형공정: 패키지 모양을 원하는 모양으로 갖추게 하기 위한 공정

성형공정의 목적은 I.C 칩 보호와 사용자 목적에 맞게 모양을 형성 하는 것 입니다.

흔히 우리가 알고있는 완제품의 반도체는 대부분 이런 모습일 겁니다.

5. 제품명 마킹

삼성이면 삼성, 마이크론이면 마이크론... 제조사를 새겨넣는 부분입니다.

6. 파이널테스트

전공정에서 반도체 자체에 대한 EDS 공정을 걸쳐 품질 검증을 받았다면

이제는 외부 커버가 잘씌워졌는지를 확인하는 과정인데.

반도체를 검사장비에 넣고 전압이나 전기신호를 가하고

온도조건을 다르게 주어서 전기적으로 제어적으로 문제가 없는지 확인하는

최종공정이라 보시면 됩니다.

이상 반도체 8대 공정 전반을 살펴보았습니다.

워낙 오래전 배웠던 내용이고 기억이 가물가물하여

서적과 웹을 참고하여 작성하였습니다.

요새 회사 업무로 정신이 없습니다.

많은 독자 및 학생 여러분께 일일히 답변드려야 마땅하나

간신히 포스팅을 이어나가고 있기에 다소 답변이 늦더라도

너그럽게 이해해주시면 감사하겠습니다.