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