응용전자회로 강의록 #7

1 최준민

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

응용전자회로 강의록 #7

2010103821 생체의공학과 최준민제출일 2014.05.12( 월 )

2 최준민


Instrumentation Amplifier 장점

12321 VV

R

RV

Go

U 1

O PAMP

+

-

O U T

U 2

O PAMP

+

-

O U T

R G

R 3

R 3

1)Input impedance↑→ 입력의 Loading Ef-fect↓

2)Output impedance ↓

3)Accurate and Stable gain

4)CMRR↑

One Chip IA …CMRR 이 100dB 이상

AD620 과 그 계열 IC

3 최준민


Dual OP Amp IA

U 5

O PAMP

+

-

O U T

U 6

O PAMP

+

-

O U T

R 4 R 3 R 1 R 2

0

R G

1k

1)Gain 값 바꾸기가 쉽지 않아 = CMRR 과 같이 고려해야 하므로 → RG 추가

2)V1 과 V2 의 시스템 통과시간이 달라 → Phase distortion 발생 → 고주파신호 일 때는 phase distortion 효과↑ , 저주파신호 일 때는 phase distortion 효과↓즉 , 저주파일 때 출력저항↓ , V1 과 V2 에 대한 입력저항↑ , CMRR↑(R4=R1, R3=R2)

121

2

2

1

4

31

2

1

4

3

21

2 1 1

1

1

VVR

R

R

R

R

RV

R

RR

R

VR

RV

PositonSuperBy

o

V1 V2

4 최준민


IA 의 응용

C 1

C 2 0

V s

U 1

O PAMP

+

-

O U T

R 2

0

R 1

2

22

221

11

11 1

1

' 1

1

' V

CjR

CjVV

CjR

CjV

Stray Capacitance : 고주파회로 , 교류회로를 다룰 때 문제 발생시킨다 .

서로 다른 전압을 가진 도체면이 있을 때 교류일 때에는 항상 그 사이에 Capacitance 가 존재하여 공기를 타고 들어온다 .

CMRR 이 무한대라면 이때 V1=V2, Common mode gain=0 이 된다 .

하지만 V1=V2 라도 R1 과 R2, C1 과 C2 가 다른값이기 때문에 V1` 과 V2`이 다른값이 될 수 있다 .

1V

2V

'1V

'2V

2121

10

121212

2

1 ,

2

1log20

``2

1``

CCCRRR

CfRCMRR

VVAVVAVVAV

cmdm

cmdm

CMDMDMo

5 최준민


IA 의 응용

2121

10

121212

2

1 ,

2

1log20

``2

1``

CCCRRR

CfRCMRR

VVAVVAVVAV

cmdm

cmdm

CMDMDMo

` 12 VVADM = Common mode signal 이 differential signal 로 바뀐다 .

→ R1 과 R2 C1, C2 로 인해 displacement current 가 생겨 → 전압강하 일으킴

이를 방지 하기 위해서

1) R1, R2 를 최대한 없애기 위해서 짧고 굵은 도선을 이용

2) C1 과 C2 는 접지로 흘러가는 전류를 줄여 방지

6 최준민


Shield Cable차폐 : 표면이 도체 , 내용물은 절연체로 이루어 진 것

이 때 , 표면의 도체는 등전위면으로 이루어져 있어야 한다 . → 등전위면이 아니면 전압강하가 낮은 전압쪽으로 순식간에 흐르기 때문

도체

절연체

1) Coaxial Cable

2) Triaxial Cable

7 최준민


Shield Cable• Ground Shield

C 1

C 2 0

V s

U 1

O PAMP

+

-

O U T

R 2

0

R 1

bV

Ground Shield : 전원전압에 대한 누전전류방지가 가능

But ground 와 도선사이의 거리가 짧아져 Capacitance↑→ 누전전류↑→ 전압강하↑ → unbalancing ↑

C1 과 C2 를 방지 할 수는 있지만 위의 현상으로 인해 차폐 공간안에 새로운 stray Capacitance 가 생긴다 .

8 최준민


Shield Cable• Active Shield

U 7

O PAMP

+

-

O U T

V 1

U 8

O PAMP+

-

O U T

U 9

O PAMP

+

-

O U T

신호자체가 Ground 와의 관계에 의해 누전전류가 생길 때 간섭신호를 없애주기 위해서 Active Shield 사용

C 1

C 2 0

V s

U 1

O PAMP

+

-

O U T

R 2

0

R 1

212

1VV

aV

bV

1V

2V

앞서 나온 회로는 이렇게 Active Shield 로 그 문제점을 해결할 수 있다 .

V1 과 V2 두 지점간의 common mode signal 로 driven(active) Shield 한 것

9 최준민


Shield Cable

10 최준민


Transducer Bridge AmpResistive Sensor : 온도 압력 변화에 따라 저항 변화

온도변화 : Thermistor RTD

빛 변화 : Photo Resistor

Strain : Strain Gage

압력변화 : Piezo resistive Sensor

물리량의 변화

저항변화→전압변화

R

R

RRRR

)1(

11 최준민


Transducer Bridge Amp• Bridge 회로 → resistive Sensor 로 AC 다룰 수 있어 ..

R1

R2

R3

R4

VREF

AC 사용가능1)Capacitor Sensor2)Inductive Sensor

REF

REF

VRR

RV

VRR

RV

43

42

21

21

U 10

O PAMP

+

-

O U TR G

xAVo

0 ,

!

214

3

2

1 oVVVR

R

R

R

Balance

12 최준민


Conduction in Metal(conductor)• 도체 : 상온에서 자유전자가 있는 것

+

+

+

+

충돌 ) (

)(

방해핵의진동온도

받으면힘을

T

EitydriftvelocV

maqE

qEF

d

A N 개의 자유전자

L

E

2

23

/

]/[ ][ ][

' : :

) (

:

mALA

qNV

A

IJV

L

qN

L

L

T

qN

T

QI

smT

LVmLsT

LA

Nn

sLawohmEJm

A

sm

mC

DensitycurrentJEEqn

n

dd

d

이동한다면동안

단위

자유전자의부피밀도

13 최준민


Conduction in Metal(conductor)

RTDPtforTTRTR

RT

A

LRRII

A

LV

VL

AEL

L

A

L

LEAJAI

mvL

VEVE

Mobilitynqqn

EEqnqnVj

mLA

Nn

o

d

)1)(()(

1

1

]/[

: : 1002.6 :

][

19

3

자유전자개수단위부피당

14 최준민


Conduction in Metal(conductor)

U 10

O PAMP

+

-

O U TR G

VR EF

R 1 R 1

R)1( R

1V 2V

1

1

1

111

11

11

11

12

21)

()2)(

12

)1(

)1(

RR

RRVA

VIF

RR

RR

VAVVAV

V

RR

RR

RR

VRR

R

VRR

RV

VRR

RV

REFO

REFO

REFREF

REF

REF

15 최준민


Bridge Balancing• 1% 저항 , 5% 전원 사용

U 10

O PAMP

+

-

O U TR G

VR EF

R 1 R 1

R

R 2

R 32mA

1mA

Bridge 안에 흐르는 전류 조절

Balancing 영점조절

전원 : ±0.05 * 15 = ±0.75V 변동가능

To be Safe VREF=15 ±1V 라 가정하자 .

A

16 최준민


Bridge Balancing

VVRC

VVRC

VVA

kkR

RChoosesafebeTo

kkRRR

kmA

VR

mAR

kmA

VRR

R

R

VVR

A

o

o

REF

10 100

0 0

/8.257

65.132

50010014

500

14014 %1 142

12

2

2

141

14

2

)1614( 2~0 ,

)(14

3

2

1

2

12

3

3

12

2

3

조정에서

조정에서

저항일때

전류흐르는에

가르킨다면중간을가변저항이걸리는에

되겟지가전압은걸리는에즉최소점의전압

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