Sensor Signal Conditioning

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1 Sensor Signal Conditioning
Joon Hyub Kim

2 Chapter Two Fundamentals of Electric Circuits Joon Hyub Kim

3 2.1 Introduction 2.2 Kirchhoff’s Law 2.3 Voltage and Current Sources 2.4 Voltage and Current Dividers 2.5 Resistive Network Analysis 2.6 AC Network Analysis 2.7 Transient Analysis 2.8 Frequency Response and System Concepts 2.9 AC Power

4 2.1 Introduction

5 Electric Circuits Electric Elements Circuit elements
Passive elements : resistor, capacitor, inductor Active elements : transistors Circuit components node : branch : loop : 회로의 폐쇄 경로 mesh : 안에 loop를 포함하지 않는 loop mesh ⇒ loop loop ⇒ mesh 전기회로에서 2개 이상의 branch가 접속하는 점 전기회로에서 연속적인 주 node 사이의 부분 Circuit configuration 원하는 기능을 수행하게 해주기 위해 element들을 잘 배열하여 줌. 이렇게 element들의 배열을 Circuit 혹은 Circuit configuration이라 부름.

6 Electric Circuits Electric Elements
i-v characteristics (or volt-ampere characteristics) 정의 : 회로 내에 있는 element들의 전류-전압에 대한 특징적인 행동 element가 있는 회로 → 전압 가함 → 전압에 상응하는 전류 값 생김 → 여러 전압 가함 → 각 전압에 상응하는 전류 값 생김 ⇒ i-v characteristics 𝑖=𝑓(𝑣) 𝑣=𝑔(𝑖) i-v characteristics의 예 tungsten bulb 3-A ideal current source & 6-V ideal voltage source 3A ideal current source 6V ideal voltage source

7 2.2 Kirchhoff's Law

8 독일의 물리학자 G. R. 키르히호프에 의한 전기회로에 관한 법칙과 열복사에 관한 법칙
이 회로의 각 저항에 흐르는 전류는 다음 제1법칙과 제2법칙을 수식(數式)으로 나타낸 연립방정식의 해로 구할 수 있다. ① 제1법칙 : [그림]의 (a)와 같이 하나의 접속점에 흘러드는 전류의 총합은 0이다. 이 때의 음의 전류는 접속점에서 흘러나오는 전류를 의미한다. ② 제2법칙 : [그림]의 (b)와 같이 하나의 접속점에서 출발해 다시 처음 접속점으로 돌아가는 닫힌 회로에 대해, 각 부분의 저항과 여기에 흐르는 전류의 곱은 그 닫힌 회로에 포함되는 기전력의 합과 같다. 키르히호프의 이 법칙은 직류뿐만 아니라 교류에도 적용할 수 있다. 이 경우, 저항 외에 인덕턴스 · 콘덴서를 포함해도 좋으며, 저항을 임피던스로 바꾸어 읽으면 된다. 〔열복사에 관한 법칙〕열은 전도 · 대류 · 복사에 의해 이동한다. 열복사만 일어나는 것으로 가정하고 열평형상태에 있다고 상정한다. 이 상태에서 물체의 단위표면적에서 단위시간에 복사되는 열복사를 복사능(輻射能)이라고 한다. 복사능은 물체의 온도, 물질의 종류 및 복사파장(波長)의 함수이다. 물체의 표면이 열복사를 받았을 때, 반사하는 비율을 반사능, 나머지 흡수하는 비율을 흡수능이라고 한다. 이런 것도 물체의 온도, 물질의 종류, 복사파장의 함수이다. 키르히호프의 법칙이란 복사능의 흡수능에 대한 비가 물체의 온도와 복사의 파장만으로 결정되고, 물질의 종류와는 관계가 없다는 법칙이다. 이것으로 열복사를 잘 흡수하는 물체일수록 열복사가 잘 일어나며, 흑체(黑體)의 열복사는 공동(空洞)의 벽에 구멍을 뚫었을 때, 이곳에서 단위면적당 나오는 열복사의 세기와 같다는 결론을 얻을 수 있다.

9 Kirchhoff's Laws Ohm’s Law & Resistors
전류가 금속 와이어를 통해 또는 다른 회로 소자를 통과 할 때, 전류는 저항 소자 재료의 전기적 특성에 따라 저항의 크기가 정해지는 저항을 만난다. 그 저항이 ideal 하다면, Ohm’s law (V=IR)에 따라 i-v characteristics은 linear하게 나타난다. Ohm’s law은 circuit component이 single이던 group이던 complete circuit이 던 다 적용된다. 회로에 전류가 흐르게 되면, 저항에 의한 voltage drop은 전류와 저항의 곱으로 구할 수 있다.

10 Kirchhoff's Laws Ohm’s Law & Resistors Linear and Nonlinear resistors
An ideal resistor is a device that exhibits linear resistance properties. Nonlinear resistors Not all electrically conducting materials exhibit linear behavior even for small voltages and currents. < Light bulb > < Semiconductor diode >

11 Kirchhoff's Laws Kirchhoff’s Laws
Kirchhoff’s 1st law (current law) — KCL ⇒ 하나의 node에 흘러 드는 전류의 총합은 0이다. I4 I1 I2 I3 I1 + I2 + I3 + I4 = 0 접합 들어가는 전류의 합계가 접합 떠나는 전류의 합이 같다.

12 Kirchhoff's Laws Kirchhoff’s Laws
Kirchhoff’s 2nd law (voltage law) — KVL ⇒ 어떤 loop에서 voltage들의 총합은 0이다 V2 V3 V1 V1 + V2 + V3 = 0 전기 회로의 임의의 닫힌 회로에서 전압의 방향을 한 방향으로 했을 때 각 구간의 전압 상승의 총합과 전압 강하의 총합은 같다.

13 Kirchhoff's Laws Open and Short circuits Short Circuit (단락회로)
정의 : 전류에 상관없이 v=0으로 걸쳐있는 circuit element Current의 흐름을 방해하지 않음. metallic conductors (e.g., short wires of large diameter) approximate the behavior of a short circuit. < the short circuit > Open Circuit (개방회로) 정의 : 저항 성분이 무한대에 가까운 circuit element 무한대에 가까운 저항에 의해 Open Circuit에서는 전압 에 상관없이 전류가 흐르지 않음(i=0). < the open circuit >