이곳은 아날로그 계측에 관한 회로 설계 및 측정 방법을 을 기초부터
상세하게 소개합니다.
각종 계측기등의 사양서(Specifcation)에 자주 등장하는 용어 정리
Instrumentation amp. 를 이용한 ECG 측정
OP amp.의 data sheet에 나오는 용어해설
최대 정격 : OP amp.가 손상될 염려없이 안전하게 동작 할 수 있는 최대치.
1. 공급전압 (Supply Voltage : ± Vs)
OP amp.에 전원으로 사용될 수 있는 최대의 전압.
2. 내부 소비전력 (Internal Power Dissipation : PD)
OP amp.의 주어진 규정된 주위온도에서 소비할 수 있는 최대 전력.
(ex. 600 mW ≤ 75 ℃)
3. 차동 입력 전압(Differential Input Voltage : Vid)
OP amp.의 입력 단자인 inverting(-), non-inverting(+) 단자 양단에
인가 할 수 있는 최대전압.
4. 입력 전압 (Input Voltage : Vicm)
입력과 접지 사이에 동시에 인가할 수 있는 최대입력 전압이고, 이를
동상전압(Common Mode Voltage)라고 함. 일반적으로 이 최대 전압
은 공급 전압과 같다.
5. 동작온도 (Operating Temperature : Ta)
OP amp.가 이상없이 동작하는데 데 대한 주변 환경 중에서 최대
온도 환경.
6. 출력 단락 회로 지속시간 (Output Short-Circuit Duration)
OP amp.의 출력 단자가 접지나 전원의 한 단자와 단락 되어도 OP
amp. 가 손상되지 않고 견딜 수 있는 시간.
그 외의 파라메타 ---------
7. 입력 오프셋 전압 (Input Offset Voltage : Voi)
OP amp.의 출력 전압을 "0"으로 만들기 위하여 입력 단자중의 하나
에 가해지는 전압. (이상적인 OP amp. 의 경우 offset은 "0"이다.)
8. 입력 바이어스 전류 (Input Bias Current : Ib)
OP amp.의 두 입력 단자에 흐르는 전류의 평균치이다. 이상적인 경우
두 입력 단자의 바이어스 전류는 같다.
9. 입력 오프셋 전류 (Input Offset Current : Ios)
출력 전압이 "0"인 경우에 두 입력 단자의 바이어스 전류의 차이.
10. 입력 전압범위 : (Input Voltage Range : Vcm)
두 입력 단자와 접지간의 전압 범위.
11. 입력 저항 (Input Resistance : Zi)
어느 한 입력 단자를 접지 시켰을 때 나머지 입력 단자와 접지간
을 입력 측에서 본 저항.
12. 출력 저항 (Output Resistance : Zo)
OP amp.의 출력 측에서 본 저항.
13. 출력전압진동 (Output Voltage Swing : ± Vo max)
부하저항에 따라서 OP amp.가 포화나 클리핑 없이 공급할 수
있는 최대 전압.
14. 개방루프 전압이득 (Open Loop Voltage Gain : AOL)
외부 괘환(feedback)을 없이 한 후 OP amp.의 입력 전압에 대한 출력
전압의 비.
OP amp.를 이용한 적분기의 구성
OP amp.는 아날로그 연산회로를 구성하는 핵심 소자이다. OP amp.를 이용하여
적분기를 구성하면 출력신호는 입력신호가 적분된 형태로 된다. 즉 임의의 아날로그
신호가 적분되어 출력되는 것이다.
이러한 적분기는 자기학(Magnetism)을 하는 사람들에게는 자주 등장하는 회로이다.
(magnetic flux density가 측정된 magnetic flux를 적분해야 얻을 수 있기 때문)
아래 그림은 적분기의 기본 회로이다. 이 회로의 경우 저주파 이득이 제한되지 않아
기본적인 적분기 회로
매우 적지만 직류 오프셋(dc offset)이 적분주기 동안에 적분 될 것 이고 결국 적분기
는 포화될 것이다. 이러한 포화를 막기위하여 다음과 같은 회로를 구성한다.
포화(Satruation)방지가 되는 적분기
위의 회로는 다음과 같은 원리로 해서 포화를 막게 된다. 입력 바이어스 전류에 기인되는
직류출력 offset 전압이 저항 
에 의해서 최소로 되고, 
는 입력저항 
와 피드백
저항 
의 병렬합성과 같다. 즉 다음과 같이 주어진다.
분류저항이 회로의 주파수 이득을 제한하기 때문에 적분은
이상에서만 된다.
또한 
이하의 입력 주파수에 대해서는 반전증폭기로 작동하게 되고 그때의 출력전압은
다음과 같다.
실제로 
는 
의 10 배 정도로 한다. 또한 
는 적분될 입력신호의 주기와 대략
같도록 구성한다.
참고문헌 : ED lab. "PK-D008-0392"
Thomas C.Hayes , Paul Horowitz "The art of electronics" 1989
Instrumentation amp. 를 이용하여 ECG 측정.
VERMED
사의 전극
VERMED 사의 전극 3 개를 사용하여 하나는 오른쪽 말목, 다른 두 개는
손목에 부착을 하고, 각각의 선은 디자인한 instrumentation amp. 의 B, A, C
에 연결을 하였습니다. 이때 사용한 OP amp. 는 OP 07입니다. 회로도는
다음과 같습니다.
Instrumentation amp. 는 impedance 면에서는 버퍼 앰프 ( buffer amp.) 와 같고, 차동 앰프 ( differential amp.)
의 특징인 common mode noise를 제거 효과가 있으며, 또한 이득 (gain)을 조절하기가 용이합니다.
위의 회로를 잘 살펴보시면 이러한 장점들이 나오게 되는 원인을 알 수 있을 것입니다.
아래 실험 결과는 제가 집적 실험 대상이 되어 저의 ECG를 측정한 결과입니다.
(주의 , 실제 ECG 측정기의 경우 전원의 isolatoion 등 상당히 많은 안전에 대한 대책이 강구된 회로 및
케이스를 사용합니다. 심장으로 수 mA 이상의 전류가 직접 흐르게 되면 쇼크사를 하게 되지요. 따라서 학생,
혹은 초보자 께서는 함부로 실험을 하지 마십시요. 잘못된 실험으로 인한 쇼크의 위험이 있습니다.)