전자회로 해석 및 설계-12(Project_1 / OP_AMP)

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TOOL : OrCAD

 

1. 아래 회로는 over current detector 이다. 이 회로의 출력신호는 0~12V 사이로 스 위칭하게 된다. 이 신호를 MCU의 입력에 인가해야 한다. MCU의 input dynamic range는 0~5V이다. 이를 해결하기 위한 회로를 설계 하시오.

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돈을 더 아껴서 설계 해보자.

 

여기서 저항을 더 줄여보자.

 

 

추가되는 저항을 1개로 줄이고,

5V가 나오도록 비율을 설정하였다

 

[SIMULATION 결과]

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2. 아래 spec을 만족하는 시스템을 설계하시오.  어떤 infotainment system의 리모콘에 사용되는 IR 센서 신호처리회로의 출력단은 정상 동작 시, 0~5V의 출력전압이 나온다. 이 출력전압은 ADC의 입력단으로 들어가게 되는 데, ADC의 input voltage range는 0~5V이다.

만약 IR 센서가 정상동작을 하지 않으면 출력전압은 0~5V범위를 벗어나게 되므로 ADC 의 입력단에 손상을 발생시킬 수도 있다. 이를 방지할 수 있는 회로를 설계하여 주세요.

MC : manufacturing cost

제조단가

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[SIMULATION 결과]

2. DIODE를 사용하여 CLAMPING이 되도록 만들어 주었다.

결과는 제대로 나오지만 돈을 더 아껴보자.

 

ZENER Diode 한개를 사용하여 설계 했다.

 

 

 

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3. 아래 spec을 만족하는 시스템을 설계하시오.  아래는 어떤 장난감의 블록도 이다.  평시 내부 Li-ion battery로 동작한다. USB port 연결 시 USB 전원으로 동작하게 되며, 이 때, Li-ion Battery를 충전하는 기능은 없다.  USB port의 전원과 Li-ion battery 전원을 자동으로 전환하여 LDO의 입력에 인가해주는 회로(Automatic Switching Circuit)를 설계하시오.

LDO 2.7V 항상 출력(전원부품)

 

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따라서 OR_Gate를 이용해보자.

 

 

 

[SIMULATION 결과]

 

 

하나의 diode로 만들어도 되지만,

아이들이 사용하는 것이기 때문에 혹시나

USB PORT 방향으로 아이들이 입에 넣게 되면 화상을 입게 된다.

 

그렇게 된다면 PL법에 의해 막대한 피해 보상을 해야할 것이다.

따라서 Diode를 USB쪽에도 달아주어야한다.

 

그렇다면 어떤 Diode를 사용해야할까?

SBD를 사용해야한다.

 

SBD(Schottky Diode)를 사용하게된다면,

열도 줄이고

Battery stand by time도 늘어나기 때문이다.

 

 

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부하에 power를 껐다 켰다하는 회로

Load Switch - using MOSFET

 

사용된 Transister - pass Transister

이처럼 제어 TR을 뺄 수 있음에도 불구하고 빼지않는이유는

 

 

 

이렇게 되면 c1때문에

돌입전류가 발생되고, 지속적인 부하로인해

회로가 망가져 버린다.

 

그치만 이 회로는 이미 CEDM8001이 버틸 수 있는 500mA를 넘어 버렸기 때문에

망가진 회로이다. 따라서

 

아래와 같은 회로로 변경하여 구현하였다.

 

 

C2와 R4를 통해 천천히 동작시킬 수 있게 된다.

따라서 

[ slow start / soft start ]불린다.

 

 

 

 

[SIMULATION 결과]

 

C2값을 줄이면

빠르게 방전 / 충전되기 때문에

INRUSH가 증가 될 것이다.

[SIMULATION 결과]

 

 

 

 

 

반대로

C2값을 늘리면

INRUSH가 감소 될 것이다.

 

 

[SIMULATION 결과]

 

 

 

[VOut쪽 전압값 SIMULATION 결과]

과도하게 SLOW START가 되면

동작되는데 느리게 동작된다 해당 SIMULATION에선 20us로 굉장히 작은숫자겠지만

인간이 느끼기에는 엄청 큰 시간이다.

 

 

따라서 적당한 C2값 캐패시터값을 조정해야한다.

 

 

 

 

 

 

 

R4저항 값의 변화로 C충전속도 조절

R4 4.7kΩ >> 47kΩ

[SIMULATION 결과]

INRUSH가 감소되는 것을 보인다.

 

 

 

 

 

 

 

[R4 값  470KΩ]

R4 47kΩ >> 470kΩ

 

그러나 R4값을 10배 더 높여 470KΩ으로 했을때는 CEDM8001이

완전 동작을 안하는 것을 보인다.

 

따라서 내부 회로의 Pull up 저항인 R2값 보다 작게 만들어야 한다.

통상적으로 Pull up 저항의 1/10정도 사용된다.

 

 

 

OP_AMP설계

[INVERTING_AMP]

 

[동일한 회로]

 

[SIMULATION 결과]

1번과 2번중 비교하여 2번에서

증폭비를 측정해야한다

 

그 이유는 1번보다 2번이 조금 더 안정화 된 상태이기 때문이다.

 

 

 

2번 쪽에서 측정한 결과

1에 가깝에 나온다,

증폭기이기 때문에 0.5의 2배인 1이 나오는 것이다.

또한 Feed Back system으로 출력이 다시 들어가며,

앰프의 + / - 가 바뀌어 있는것을 확인 할 수 있다.

 

따라서 Negative Feed Back system이다.

따라서 -가 붙어서 AV 는 -2이다.

 

*Negative Feed Back system에서는

*Virtual Short가 나타난다.

 

Virtual Short

가상접지로 short난 것 처럼 보이는 것이다. /

특징으로는

Negative Feed Back system에서만 나타난다.

V+이 V-에 나타난다.

 

 

 

 

 

[NON_INVERTING_AMP]

 

 

[동일한 회로]

 

[SIMULATION 결과]

 

 

 

 

 

 

EX) 증폭비 10배가 된(10k) 회로를 만들기 위해서는 어떻게?

R5값을 9k로 바꿔주면 된다.

진폭비가

10배로 늘어났다.