소개글
"중앙대 아날로그및디지털회로설계 실습 1결과보고서"에 대한 내용입니다.
목차
1. 아날로그 회로 설계 실습
1.1. 적외선 센서를 이용한 회로 설계
1.1.1. 적외선 센서의 원리와 특성
1.1.2. High-pass filter와 증폭기를 이용한 센서 회로 설계
1.1.3. Low-pass filter를 이용한 잡음 제거
1.2. 발진기 회로 설계
1.2.1. Wien bridge oscillator 구현
1.2.2. 출력 파형 측정 및 분석
1.2.3. 다이오드를 이용한 안정화된 Wien bridge oscillator 구현
2. 결과 분석 및 고찰
2.1. 설계 사양 달성 여부 확인
2.2. 설계 실습 수행 과정 및 어려움 분석
2.3. 실습을 통해 얻은 학습 성과
3. 참고 문헌
본문내용
1. 아날로그 회로 설계 실습
1.1. 적외선 센서를 이용한 회로 설계
1.1.1. 적외선 센서의 원리와 특성
적외선 센서는 자연계에 존재하는 모든 물체에서 방출되는 적외선을 감지하는 센서이다. 그중에서 열형(초전형) 적외선 센서는 검출 감도의 파장 의존성이 없고 센서부의 냉각이 필요 없어 사용하기 용이하다는 장점이 있다.
초전형 적외선 센서는 적외선을 받아들이면 물질 내부의 온도 변화에 따른 분극 변화로 인해 전기적 신호를 발생시킨다. 이때 발생하는 전기신호의 크기는 센서의 구조와 물질 특성에 따라 결정되며, 일반적으로 매우 작은 신호가 출력된다. 따라서 적외선 센서 회로 설계 시 이러한 작은 신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 과정이 필요하다.
초전형 적외선 센서는 빠른 응답속도와 낮은 소비전력 등의 장점이 있어 온도계, 보안 감지, 사물인터넷 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 하지만 출력 임피던스가 매우 높아 잡음에 취약하고 출력 신호가 작다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 High-pass 필터와 증폭기 회로를 이용하여 센서 신호를 처리할 수 있다. 또한 Low-pass 필터를 추가하면 잡음 제거 효과를 높일 수 있다.
1.1.2. High-pass filter와 증폭기를 이용한 센서 회로 설계
고전형 적외선 센서는 움직임 감지 시 출력 전압의 변화가 미약하고 잡음이 심해 직접 활용하기 어려운 문제가 있다. 따라서 적외선 센서 신호를 증폭하고 고주파 잡음을 제거하기 위해 High-pass filter와 증폭기를 이용한 센서 회로를 설계할 수 있다.
High-pass filter는 낮은 주파수 성분을 제거하고 높은 주파수 성분만을 통과시키는 회로이다. 적외선 센서에서 발생하는 천천히 변화하는 신호는 High-pass filter에 의해 감쇄되어 제거된다. 반면 빠르게 변화하는 움직임 신호는 High-pass filter를 통과할 수 있다. 이를 통해 센서에서 발생하는 잡음은 줄이고 움직임 신호만을 선별할 수 있다.
High-pass filter와 연결된 증폭기 단계에서는 센서 신호를 충분히 증폭시켜 LED 등의 구동에 적절한 크기의 신호를 만들 수 있다. 증폭기의 이득은 움직임 감지 시 출력 전압의 변화가 필요한 수준에 맞추어 조절할 수 있다.
설계한 회로에 실험 결과, 적외선 센서에 손을 가져대면 LED가 켜지는 것을 확인할 수 있었다. 이때 출력 신호는 크게 증폭되었지만 여전히 잡음이 심한 것으로 나타났다. 하지만 추가로 Low-pass filter를 적용하여 잡음 성분을 더 제거할 수 있었다. 10nF의 커패시터를 병렬로 연결하여 Low-pass filter 기능을 구현한 결과, 출력 신호의 잡...
참고 자료
중앙대학교 전자전기공학부, “아날로그 및 디지털 회로 설계 실습”, pp28-32
손병기, “센서용어사전”, 일진사, 2011 https://terms.naver.com/entry.naver?docId=657363&cid=42338&categoryId=42338
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