동일한 회로 구성으로 저항차 및 용량차-전압 변환기 설계 = Design of a resistance-difference or capacitance-difference to voltage converter using same circuit configuration

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서 동일한 회로 구성으로 저항차 및 용량차 전압 변환기의 설계를 제안하였다. 제안한 회로는 두 개의 커패시터와 두 개의 CCII+를 사용한 각각 전압-전류 변환기와 두 개의 저항과 연산 증폭기를 사용한 차동 증폭기를 구성된다. 저항차-전압 변환기는 차동 저항형 센서를 이용하였고, 용량차-전압 변환기는 차동 용량형 센서를 이용하여 각각 저항차 및 용량차를 전압으로 변환하였다.
출력 교류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위해 정밀 전파 정류기 회로를 적용하였다. 입력 신호가 (+)일 때 비반전 증폭기 및 반파 정류기 기능에 의해 출력이(+)의 크기로 주어진다. 반면, 입력 신호가 (-)일 때 반전 증폭기 및 반파 정류기 기능에 의해 출력이(+)의 크기로 나타난다. 마지막단에 부하 저항을 연결하여 정류된 전압을 얻을 수 있었다.
저항차가 0∼200Ω 범위에서는 이론을 기준으로 할 때 시뮬레이션 및 실험 결과의 선형 오차가 각각 2.5%와 5.9%로 나타났으며, 용량차가 0∼ 200pF 범위에서는 이론을 기준으로 할 때 시뮬레이션 및 실험 결과의 선형 오차가 각각 2.4%와 4.7%로 확인되었다. ∆R = 20Ω, 100Ω, 200Ω일 때 저항차-전압 변환에 대한 시뮬레이션 및 실험 결과와 ∆C = 20pF, 100pF, 200pF일 때 용향차-전압 변환에 대한 시뮬레이션 및 실험 결과를 검토한 결과는 제시한 선형 오차 범위 내의 값을 갖고 있다는 것을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A resistance-difference and capacitance-difference to voltage converter using a single circuit configuration was proposed. The circuit consists of two capacitors and two CCII+s to form two voltage–current converters and a differential amplifier composed of two resistors and an operational amplifier. The resistance-difference converter uses a differential resistive sensor, and the capacitance-difference converter uses a differential capacitive sensor to convert variations in resistance and capacitance into voltage signals.
To convert the output AC voltage into a DC voltage, a precision full-wave rectifier circuit was used. When the input signal is positive(+), the positive(+) output voltage is determined by the non-inverting amplifier and its half-wave rectification function. In contrast, when the input signal is negative(-), the positive(+) output voltage is determined by the inverting amplifier and its half-wave rectification function. By connecting a load resistor at the final stage, a full-wave rectified output voltage can be obtained.
For a resistance-difference variation of 0∼200Ω, the linearity errors of simulation and experimental results were 2.5% and 5.9%, respectively, with the theoretical value as the reference. For a capacitance-difference variation of 0∼ 200pF, the linearity errors were 2.4% and 4.7%, respectively. Furthermore, when ∆R = 20Ω, 100Ω, 200Ω, the simulation and experimental results of the resistance-difference to voltage conversion, and when ∆C = 20pF, 100pF, 200pF, the results of capacitance-difference to voltage conversion were all confirmed to fall within the linearity error ranges presented above

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서 론 1
• 제 1절 연구 배경 1
• 제 2절 종래의 저항차 및 용량차 전압 변환 회로 3
• 제 3절 종래의 정밀 전파 정류기 회로 6
• 제 2장 저항차 및 용량차 전압 변환기 설계 8
• 제 1절 제 2세대 전류 컨베이어의 원리 10
• 제 2절 저항차-전압 변환기의 동작 원리 12
• 제 3절 용량차-전압 변환기의 동작 원리 15
• 제 4절 정밀 전파 정류기 회로의 동작 원리 18
• 제 3장 실험 결과 및 검토 21
• 제 1절 저항차-전압 변환기의 실험 결과 21
• 1.1 ∆0Ω∼∆200Ω 범위에서 출력 결과 22
• 1.2 ∆20Ω, ∆100Ω, ∆200Ω에 따른 출력 결과 24
• 제 2절 용량차-전압 변환기의 실험 결과 31
• 1.1 ∆0pF∼∆200pF 범위에서 출력 결과 32
• 1.2 ∆20pF, ∆100pF, ∆200pF에 따른 출력 결과 34
• 제 4장 결론 및 향후 연구 방향 41
• 참고문헌 43
• Abstract and key words 44
• 감사의 글 46