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연재 센서 기초 강좌(13) <센서를 이해하기 위한 아날로그 회로>

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작성자 댓글 0건 조회 393회 작성일 21-06-08 12:17

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그림 1. 센싱 시스템 구성 


서론

센서에서 발생하는 다양한 전기 신호(저항 변화, 전류 변화, 미소 전압 변화)는 아날로그의 양이며 디지털 정보화하기 위해서는 신호 처리가 필요하고 그 후에 AD 변환된다.

<그림 1>은 센싱 시스템의 구성을 나타낸 것이다. 센서로부터의 전기 신호는 AD 변환되어 디지털 정보가 되며, 피측정 대상의 물리량이나 화학량이 센서에 의해 발생하는 전기 변화를 센서 정보라고 한다면 센서의 전류 변화나 저항 변화를 전압으로 변환하고 증폭이나 잡음 제거 등의 신호 처리를 하는 것이 아날로그 회로이다.

여기에서는 신호 처리에 사용되는 OP 앰프(Operational Amplifier)를 중심으로 아날로그 회로에 관하여 설명한다.

 

OP 앰프 증폭 회로

<그림 2>OP 앰프 증폭 회로의 예이다.

원으로 둘러싸인 부분의 OP 앰프 IC에는 2개의 입력 단자와 1개의 출력 단자가 있으며 입력의 전압 차 e10만 내지는 100만 배 가깝게 증폭하여 출력 전압 V0을 발생한다.

식으로 나타내면 V0=-Ae가 된다. (A: 증폭률이라고 함)

출력 전압은 저항 R0을 통하여 입력 단자에 피드백 되고 입력의 전위차는 항상 제로로 제어된다. R0은 피드백 저항이라고도 불린다.

OP 앰프 증폭 회로의 증폭도(출력 전압/입력 전압)OP 앰프 바깥쪽에 연결한 저항기의 저항값 R1, R0 에 의해 결정되며 OP 앰프의 특성이 변해도 영향을 받지 않는다.

OP 앰프 회로의 설계에는 OP 앰프가 <그림 3>과 같은 이상적인 전기 특성을 가지는 것으로 간주하고 진행한다. 예를 들면 증폭률이 무한대라고 하면 <그림 2>의 회로에서 입력 단자 간의 전압이 조금이라도 변하면 출력은 포화되어 버린다. 입력 단자 전압 e는 마치 입력 단자가 쇼트된 것처럼 제로로 보일 수 있다. 이것은 가상 접지(Imaginary short)라고 불린다.


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그림 2. OP 앰프 증폭 회로 예

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그림 3. 이상적인 OP 앰프의 특성 



.(후략)



高田 敬輔 / ()차세대센서협의회 

본 기사는 2021년 2월호에 게재되었습니다.  

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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