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[2024/A+]서울시립대_전전설3_실험4_예비

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최초등록일 2025.03.10 최종저작일 2024.03
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[2024/A+]서울시립대_전전설3_실험4_예비
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    • 📊 Instrumentation Amplifier의 심층 이론과 실습 설명
    • 💡 회로 설계 및 시뮬레이션 과정의 상세한 가이드라인 제시

    미리보기

    목차

    Ⅰ. 서론
    1. 실험 목적
    2. 배경 이론

    Ⅱ. 실험 장비 및 실험 방법

    Ⅲ. 예비보고서

    Ⅳ. 참고문헌

    본문내용

    I 서론 (Introduction)
    1. 실험 목적
    가) Instrumentation Amplifier의 원리 및 동작 이해
    나) 3개의 OP amp를 이용하여 Instrumentation Amplifier 설계

    2. 배경이론
    가) 실험 이론
    1) Instrumentation Amplifier
    Instrumentation Amplifier는 Difference Amplifier에 오피앰프를 2개 추가한 것이다. Difference Amplifier를 단독 사용했을 때보다 두 가지의 장점을 가진다.

    High Input Resistance
    : 높은 입력 저항을 가진다. Difference Amplifier에서의 Vout은
    V_out=R_2/R_1 (V_IN2-V_IN1 ) 이다. 여기에서 높은 입력저항을 위해서
    R_1을 높이면, Gain을 얻기 위해 R_2도 증가하게 되지만, 한계가 있다.
    너무 큰 저항은 오차를 크게 하므로, 큰 저항값을 가지는 R_1을 사용할 수 없다.
    하지만, Instrumentation Amplifier에서는 높은 입력저항을 사용할 수 있으므로 loading effect를 줄일 수 있다.

    ② High Common Mode Rejection Ratio (CMRR)
    : CMRR이란, 공통모드 제거 비 이다. 신호의 노이즈를 제거하는 데 큰 이점이 있다.
    Differenc Amplifier에서도 노이즈를 제거할 수 있으나, 오피앰프의 Data sheet의
    CMRR 값 이상을 기대하긴 힘들다.
    하지만, Instrumentation Amplifier는 3개의 오피앰프를 사용하여 효과적으로
    노이즈를 제거 가능하다.

    II 실험 장비 및 실험 방법 (Materials & Methods)
    1. 실험 순서
    가) 실험1
    1) Difference Amplifier의 입력 부분 2개에 각각 저항과 오피앰프를 추가하여 Instrumentation Amplifer를 설계

    참고자료

    · Raymond A. Serway, John W. Jewett, 『대학물리학Ⅱ』, 북스힐(2019)
    · Irwin, 『Engineering Circuit Analysis』, WILEY(2015)
    · 실험 교안, pdf
  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. Instrumentation Amplifier (계측용 증폭기)
      계측용 증폭기는 정밀한 신호 측정이 필요한 응용분야에서 매우 중요한 역할을 합니다. 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스, 그리고 우수한 CMRR 특성을 갖춘 이 증폭기는 의료기기, 산업용 센서, 데이터 수집 시스템 등에서 필수적입니다. 특히 노이즈가 많은 환경에서 미약한 신호를 정확하게 증폭할 수 있다는 점이 큰 장점입니다. 다만 설계 시 정확한 게인 설정, 대역폭 고려, 그리고 전원 공급 안정성이 중요하며, 실제 구현에서는 부품의 공차와 온도 변화에 따른 성능 변화를 충분히 고려해야 합니다.
    • 2. Operational Amplifier (오피앰프) 회로 설계
      오피앰프는 현대 아날로그 전자회로의 기본 구성 요소로서 매우 다양한 응용이 가능합니다. 반전 증폭기, 비반전 증폭기, 적분기, 미분기, 필터 등 무수히 많은 회로를 구성할 수 있으며, 이론적으로 이상적인 오피앰프를 가정하면 설계가 상대적으로 간단합니다. 그러나 실제 오피앰프는 유한한 이득, 대역폭 제한, 오프셋 전압, 입력 바이어스 전류 등의 비이상적 특성을 가지고 있어, 이를 고려한 보상 회로와 신중한 설계가 필수적입니다. 또한 응용 분야와 성능 요구사항에 맞는 적절한 오피앰프 선택이 전체 회로 성능을 좌우합니다.
    • 3. Common Mode Rejection Ratio (CMRR)
      CMRR은 차동 신호에 대한 증폭 능력과 공통 모드 신호에 대한 거부 능력의 비율을 나타내는 중요한 성능 지표입니다. 높은 CMRR 값은 신호와 노이즈를 효과적으로 분리할 수 있음을 의미하며, 특히 노이즈가 많은 산업 환경에서 매우 중요합니다. 계측용 증폭기의 경우 일반적으로 80dB 이상의 CMRR을 요구하며, 고급 응용에서는 100dB 이상이 필요할 수 있습니다. CMRR은 주파수에 따라 변하므로, 실제 설계에서는 동작 주파수 범위에서의 CMRR 특성을 충분히 검토해야 하며, 부품의 공차 관리와 레이아웃 설계도 CMRR 성능에 영향을 미칩니다.
    • 4. 실험 방법 및 검증
      계측용 증폭기와 오피앰프 회로의 성능을 검증하기 위해서는 체계적인 실험 방법이 필수적입니다. 게인, 대역폭, CMRR, 입력 임피던스 등의 주요 성능 지표를 정확하게 측정해야 하며, 이를 위해 신호 발생기, 멀티미터, 오실로스코프 등의 적절한 계측 장비가 필요합니다. 특히 CMRR 측정은 정확한 신호 소스와 신중한 회로 구성이 요구되며, 온도 변화, 전원 변동, 부하 변화 등 다양한 조건에서의 성능 변화를 관찰하는 것이 중요합니다. 또한 이론적 예측값과 실측값의 비교를 통해 설계의 타당성을 검증하고, 편차가 발생한 경우 그 원인을 분석하여 개선하는 반복적 과정이 필요합니다.
  • 자료후기

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      전자전기컴퓨터공학 분야의 핵심 회로 중 하나인 Instrumentation Amplifier의 원리와 동작을 이해하고, 실제 회로를 설계 및 분석하는 내용을 다루고 있습니다.
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