옴의 법칙과 기본 아날로그 회로 개념

• 저항: 저항은 자신을 통과하는 전류의 흐름에 반대하는 매체의 특성으로 정의할 수 있습니다. 저항의 단위는 그리스 문자 Ω(오메가)로 표시되는 옴입니다. 저항과 관련된 전력 값은 저항이 과열되지 않고 열로 발산할 수 있는 전력량으로 정량화됩니다.

저항(R)을 통과하는 전류(I)는 다음과 같이 정의됩니다.

1메가옴 저항의 경우 10볼트 적용으로 인한 전류는 10마이크로암페어가 됩니다.

그림 1. 옴의 법칙의 간단한 표현

옴의 법칙은 전압 전위, 회로에 흐르는 전류 및 회로의 저항 사이의 위의 관계를 설명하는 기본 방정식입니다. 부하 저항(R)에서 소비되는 전력은 전류와 전압의 곱으로 정의됩니다. 권력에 대한 다른 관계는 대체를 사용하여 옴의 법칙을 적용함으로써 쉽게 도출 될 수 있습니다.

(R)에서 소비되는 전력(P)은 다음과 같이 정의됩니다.

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10볼트가 적용된 상태에서 10와트가 되는 저항 값을 계산하려면 P = V를 기억합니다2/R. 조옮김, R = V2/피. 저항은 100/10 또는 10옴입니다. 따라서 10옴에 10V를 적용하면 10와트가 생성됩니다. 두 개의 매개변수(V, R 또는 P)가 수치적으로 동일할 때마다 세 번째 매개변수는 동일합니다. 

전압 분배기 계산:

두 개의 저항이 직렬 구성으로 연결된 경우 인가 전압을 공유해야 하며 동일한 전류가 두 저항을 통해 흐릅니다.

그림 2. 전압 분배기 회로 예

인가 전압을 계산하는 데 사용되는 공식은 다음과 같습니다.

(E1 = R1 양단의 전압 강하)

(E2 = R2 양단의 전압 강하)

 

 

R2 양단의 전압을 계산하려면:

 

전류 분배기 계산:

두 개의 저항이 병렬 구성으로 연결되면 각각에 동일한 전압이 적용됩니다. 이를 통해 흐르는 전류의 양은 저항 값에 따라 다릅니다.

그림 3. 전류 분배기 회로 예

위의 그림은 병렬 구성의 두 저항을 보여줍니다.

참고: 디지털 멀티미터(DMM)는 자동화 테스트 시스템에서 볼 수 있는 가장 일반적인 측정 디바이스입니다.

DMM은 일반적으로 사용이 간편하고 저렴한 계측기인 경우가 많습니다. 일반적으로 DMM에는 a) 고분해능(일반적으로 숫자로 측정) b) 다중 측정(볼트, 전류, 저항 등) c) 절연 및 고전압 기능을 제공하는 컨디셔닝이 내장되어 있습니다.

 

 

커패시턴스 계산

커패시터는 전하의 형태로 에너지를 저장합니다. 커패시터가 보유할 수 있는 전하량은 위 그림의 두 플레이트 면적과 그 사이의 거리에 따라 다릅니다. 그들 사이의 거리가 작은 큰 판은 전하를 유지하는 능력이 더 큽니다.

커패시터 플레이트 사이의 전기장은 인가 전압의 변화에 저항합니다. 커패시터는 주파수에 따라 저항을 감소시킵니다.

그림 4. 커패시턴스 회로 예

커패시터 값 읽기:
커패시턴스의 단위는 문자 F로 표시되는 패럿입니다. 커패시턴스를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

여기서,
C = 패럿
의 커패시턴스 Q = 쿨롱의
누적 전하 V = 플레이트

간의 전압 차이 시리즈 구성:

그림 5. 직렬 커패시터 구성

위의 구성은 직렬로 연결된 두 개의 커패시터를 나타냅니다.

커패시터의 커패시턴스는 플레이트 사이의 거리에 반비례하기 때문에 임의의 수의 커패시턴스의 총 커패시턴스 CT는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

직렬로 연결된 두 개의 커패시터의 경우,

 

 

 

 

 

 

병렬 구성:

그림 6. 병렬 커패시터 구성

각 커패시터는 동일한 인가 전압으로 충전됩니다. 총 커패시턴스는 커패시터의 개별 커패시턴스의 합과 같습니다.
커패시턴스를 계산하는 데 사용되는 공식은 다음과 같습니다.

 

 

인덕턴스 계산

인덕턴스는 인덕터를 통해 흐르는 전류의 주어진 변화율에 대해 인덕터에 강하된 전압의 양으로 정의됩니다. 인덕터는 주파수에 따라 저항을 증가시킵니다. 인덕턴스의 단위는 문자 H로 표시되는 Henry입니다.

시리즈 구성:

그림 7. 직렬 인덕터 구성

위의 그림 7은 두 개의 인덕터의 직렬 구성입니다. 위와 같이 두 개의 인덕터가 직렬로 연결되면 총 인덕턴스는 개별 인덕턴스의 합과 같습니다.

여기서 dI/dt는 시간 경과에 따른 전류의 변화입니다.

그러나 현실 세계에서 각 인덕터의 자기장이 다른 코일에 영향을 미치는 상호 인덕턴스를 고려하면 아래 공식을 사용하여 총 인덕턴스를 계산할 수 있습니다.

여기서, M은 두 코일 사이의 상호 인덕턴스입니다.

병렬 구성:

그림 8. 병렬 인덕터 구성

위의 그림 8은 두 인덕터의 병렬 구성입니다. 두 개의 인덕터가 병렬 구성으로 연결된 경우 상호 인덕턴스를 고려해야 합니다. 또한 상호 인덕턴스는 전류가 유입되는 두 가지 경로가 있기 때문에 각 코일의 자체 인덕턴스에서 더하거나 뺍니다.

총 인덕턴스는 아래 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

임피던스:
임피던스(Z)는 일반적으로 장치 또는 회로가 주어진 주파수에서 교류 AC의 흐름에 제공하는 총 반대 값으로 정의됩니다. 그 값은 회로 요소에 대한 전압과 전류 사이의 비율과 같습니다. 따라서 임피던스의 단위는 옴(Ω)입니다.

임피던스는 벡터 평면에 그래픽으로 표시되는 복소수 양으로 표시됩니다. 임피던스 벡터는 실수부(저항, R)와 허수부(리액턴스, X)로 구성됩니다. 임피던스는 직사각형 좌표 형식 R + jX를 사용하거나 극좌표 형태로 크기 및 위상각으로
표현할 수 있습니다: Z .

어드미턴스:
어드미턴스(Y)는 임피던스의 역수입니다. 또한 복소수입니다 : 실수 부분을 컨덕턴스 (C)라고하고 허수 부분을 서셉스 (B)라고합니다.
입학 단위는 지멘스(S)

Y = G + jB
여기서, Y는 입학입니다. G는 전도도를 나타냅니다. B는 감수성을 나타냅니다.


아날로그 증폭기 회로

아래 그림 9는 연산 증폭기의 세 가지 기본 단계로 구성된 기본 연산 증폭기 모델입니다.

그림 9. 기본 연산 증폭기(Op-Amp) 모델

1) 차동 증폭기 : 출력이 입력 신호의 차이에 비례하는 증폭기.

2) 이득/주파수 응답: 필터는 주파수에 대한 신호의 진폭 또는 위상 특성을 변경합니다. 필터의 주파수 영역 동작은 전달 함수 또는 네트워크 함수의 관점에서 수학적으로 설명됩니다. 전달 함수 H(s)는 출력 신호와 입력 신호 사이의 비율로 설명됩니다.

여기서 Vout(s) 및 Vin(s)는 출력 및 입력 전압 신호이고 s는 복소 주파수 변수입니다.
전달 함수의 크기는 특히 무선 애플리케이션에서 진폭 응답 또는 주파수 응답이라고 합니다.

3) 출력 버퍼


반전 증폭기: 반전은 들리는 것처럼 간단하며 단순히 입력 신호의 극성을 반전시킵니다. 예를 들어, 증폭기로 들어가는 전압이 양수이면 나올 때 음수입니다.

그림 10. 기본 반전 증폭기

반전 증폭기의 이득 계산:

V1 = V = 0 (가상 접지)

 

비반전 증폭기: 증폭기의 이득은 R1과 R2의 비율에 의해 결정됩니다.

그림 11. 기본 비반전 증폭기

비반전 증폭기의 이득 계산:

어디

 

아날로그 RC 필터

RC 저역 통과 필터: 아날로그 신호에서 고주파 성분을 감쇠시키는 일반적인 회로는 RC 저역 통과 필터입니다. 아래 다이어그램을 살펴보면 Vin은 인가 전압이고 C1 양단의 전압 Vout은 출력입니다.

그림 12. 간단한 RC 저역 통과 필터

RC 저역 통과 필터는 저주파 및 DC 신호를 출력으로 전달하지만 고주파 신호는 차단합니다. 이것은 바람직할 수도 있고 바람직하지 않을 수도 있습니다.

예상하지 못한 경우에도 이 회로와 동등한 것을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, C는 디지털 멀티미터(DMM), 디지타이저 등의 입력 커패시턴스가 될 수 있습니다. 이 예제에서 R은 테스트 대상 장치(DUT)의 소스 저항일 수 있습니다. DUT는 신호가 변함에 따라 C를 충전 및 방전해야 합니다. 주파수의 변동이 증가함에 따라 C의 임피던스는 결국 R보다 낮아지고 신호를 감쇠하기 시작합니다. Vout 값이 Vin의 0.707인 주파수는 출력이 해당 지점에서 입력 신호의 -3dB 아래로 내려가기 때문에 –3dB 주파수 또는 절반 전력점으로 정의됩니다.

단극 RC 로우 패스

RC 하이 패스 필터: 아날로그 신호에서 저주파 성분을 감쇠시키는 회로를 RC 고역 통과 필터라고 합니다. 회로는 위의 회로와 유사하지만 이제 Vout은 R1에서 측정됩니다.

그림 13. 간단한 RC 하이 패스 필터

이 회로의 매우 중요한 일반적인 어플리케이션은 디지타이저 또는 디지털 멀티미터(DMM)의 입력 커플링 회로에 있습니다. 커패시터가 들어가면 "AC Coupled"입니다. 커패시터가 단락되면 "DC Coupled"가 됩니다.