Applied Electronic Circuit

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1 Applied Electronic Circuit
우응제 교수님 학습노트7 한택희

2 1.Instrumentation Amplifier
1.Input impedance↑ 2.Output impedance↑ 3.Accurate and stable gain (0~1000이내의 이득) 4.CMRR↑

3 1.Instrumentation Amplifier
@One chip IA -AD620과 그 계열 IC @Dual op amp IA Gain 바꾸기 어렵다

4 1.Instrumentation Amplifier
Dual op amp IA 출력전압의 이득 가변의 어려움을 보안한 회로 문제점 발생!! →V1은 2개의 Op amp를 거쳐 출력이 되고 V2는 1개의 Op amp를 거쳐 출력된다. →V1은 V2에 비해 Vo로 나오는 Time delay가 더 길다. →Phase distortion 발생! →고주파일 때 Phase distortion 더 많이 발생 →이 회로는 저주파용이다 Phase distortion 없으려면 입력신호가 시스템 통과시간이 같아서 Phase가 주파수에 따라 선형적으로 늘어야 함

5 2.Active Guard Drive V1’과 V2’가 서로 다른 값을 가지게 된다. Stray capacitance
도선 저항 Stray capacitance 고주파, 교류신호를 다룰 때 큰 문제가 된다. 도선 저항 V1’과 V2’가 서로 다른 값을 가지게 된다. 원래의 differential mode signal Stray capacitance와 전선의 저항 때문에 생긴 common mode signal이 differential mod signal로 바껴서 나타난 것

6 2.Active Guard Drive CMRR 줄어든다
CMRR 줄어드는 이유: Stray capacitance로 인한 displacement current 때문에 이 전류들이 만드는 전압강하가 unbalance 되므로 →Rs1과 R21를 줄이고 C1, C2를 줄이자 선을 짧게 하고 굵은 선 사용 차폐 이용하자

7 3.Shield cable Coaixial cable(중심축 같이 사용) 여러선 Shield Triaxial cable 단면
표면은 도체고 실린더의 표면과 가운데 도선 사이는 절연체로 채움 단선 Shield 단면 도체 Coaixial cable(중심축 같이 사용) 절연체 도선 Triaxial cable 여러선 Shield

8 4.Shield(차폐) Ground Shield 220V 60Hz 전원 등전위면 사람 사람
몸에 전류가 흐르지 않는다 사람 Ground Shield Stray capacitance 접지 기준으로 된 모든 전원으로부터 Stray capacitance를 타고 들어오는 전류가 안으로 들어가지 못한다.

9 4.Shield(차폐) IA “Ground Shield” + - 220V 60Hz 해결된다
내부에 stay capacitance 생긴다. (도선과 Ground가 오히려 가까워 지면서 오히려 capacitance가 커졌다.) “Ground Shield”

10 4.Shield(차폐) IA “Active Shield”(Driven Shield) + -
→내부전위차 없으므로 전류 흐르지 않는다 IA + - “Active Shield”(Driven Shield) 신호선 자체가 접지와의 전위차 때문에 만들어 내는 누설전류에 의한 영향을 없애고 싶을 때

11 4.Shield(차폐) Active Shield와 Ground Shield 둘 다 하고 싶다 →Triaxial cable 사용
+ - 여러선을 한꺼번에 Ground Shield 할 때 좋음

12 4.Shield(차폐) 여러 개의 선을 한꺼번에 Active Shield 하고 싶다!! →평균치 사용하자
→평균치 만든다. 만드는 법 주의: 이거 때문에 Loading effect 생겨선 안된다.

13 4.Shield(차폐) 여러 개의 선을 한꺼번에 Active Shield 하고 싶다!! →평균치 사용하자
+ - 두 점 사이의 Common mode 전압으로 연결 →따로 따로 Active Shield 한 것 보다야 안 좋다 →이 정도만 해도 충분한 경우가 많다. Active Shield와 Ground Shield 둘 다 한 경우 + -

14 4.Shield(차폐) PCB , Package 차원 Layout 차원 Chassis 잡음이 들어오면 안되는
배선 2차원 평면에서의 차폐 Ground shield

15 4.Shield(차폐) “Interference crosstalk” Connector 신호선
두 신호선의 전위가 다르면 Capacitance가 생기고 전류가 흐른다. Capacitance 가 생겨도 Ground로 전류가 빠진다. “Interference crosstalk”

16 5.Transducer Bridge Amp 물리량의 변화→저항변화→전압변화
@Resistive Sensor: 온도나 압력 등에 따라 저항 값 변함 1.온도센서(Temperature): Thermistor, RTD 2.빛(Light): Photoresistors 3.Strain: Strain gage 4.압력(Pressure):piezoresistive Sensor 물리량의 변화→저항변화→전압변화

17 5.Transducer Bridge Amp AC 사용도 가능
→Capacitive Sensor →Inductive Sensor Instrumentation Amp가 아니고 Difference Amp 쓰면 Loading effect 발생한다

18 Conduction in metal(conductor)
원자는 열에너지 때문에 진동중이고 자유전자는 막 움직이는 중 막 움직이다가 힘을 받고 +쪽으로 간다 →원자와 충동 후 재출발 하기를 반복함 →운동 Energy 잃음

19 Conduction in metal(conductor)
온도계수(Temperature coefficient) 특정기준 온도에서 저항값 N개의 자유전자 T[s]동안 L[m]을 이동한다면

20 Transducer Resistance Deviation
Example 2.11 Pt RTD R(T=0)=100Ω α= /℃ R(T)=100( T)[Ω] R(25 ℃)=109.8Ω R(100 ℃)=139.2Ω R(-15 ℃)=94.12 Ω

21 5.Transducer Bridge

22 5.Transducer Bridge Example 2.12 Self heating 을 방지하기 위해
최종적으로 0.1V/℃의 출력 온도 0℃~100℃→Vo=0~10V Self heating 을 방지하기 위해

23 5.Transducer Bridge # 근사식 아닌 식을 사용하면 근사식인 경우에 비해 0.26℃ 차이 발생

24 6.Bridge Balancing 1% 저항사용 5% 전원사용 Bridge arm에 흐르는 전류 제어 →민감도 조절

25 6.Bridge Balancing To be safe, R2=500Ω 전원 전압이 14V보다 작아질 가능성이 없다
→A점의 전압: 14V확보하자. R3에는 0~2V 전압 걸림 To be safe, R2=500Ω R3에 흐르는 전류 2mA 0℃에서 R2조정 Vo=0V 100℃에서 R3조정 Vo=10V

26 감사합니다