KR950000435B1 - 자기연산증폭기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자기연산증폭기

제 1 도는 종래 통상적인 연산증폭기의 회로도.

제 2 도는 DSCOP의 회로도.

제 3 도는 본 발명 자기연산증폭기(MOP)의 회로구성도.

제 4 도는 본 발명 자기연산증폭기 회로의 일실시예를 도시한 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 궤환수단 2 : 구동전원

H : 자기/전기량 변환소자

본 발명은 자장을 감지하여 그 량을 전기적으로 변환한 후 자동화기기, 서어보모터, 자장측정기등에 이용하는 자기센서에 관한 것으로, 특히 출력량을 입력으로 궤환하여 궤환값에 따라 출력을 조절할 수 있는 홀소자(Hall Device)를 이용한 자기연산증폭기(MOP ; Magneto Operational Amplifier)에 관한 것이다.

일반적으로 자기센서(Magneto Sensor)는 자기적인 입력신호를 전기적인 출력신호로 변환하는 중간 매개체 역할을 하는 것으로, 일정한 자장을 변환하여 일정한 전기량을 발생시키는 특성을 갖는 소자이다.

따라서 자기센서를 이용하는 시스템에서는 자기센서의 일정출력과 시스템을 조화시킬 수 있는 중간연결회로(인터페이스회로)를 별도로구성하거나, 시스템에서 필요로 하는 일정크기의 신호를 발생하는 자기센서를 선정하여 사용해야만 하는 결점이 있다. 즉, 일정한 자장(예컨대 1K Gauss)당 일정한 출력값(100mV)을 발생하는 자기센서는 어느곳에서도 그 출력값(자장/전기량 변환값)이 1K Gauss의 자장일 때 100mV밖에 되지 않는다. 따라서 이 자기센서를 1K Gauss의 자장에서 입력이 1V가 들어와야 온(ON)이 되는 스위칭회로에서 사용하고자 할 때는 별도의 인터페이스회로를 구비하여야만 하고, 그렇지 않으면 1K Gauss의 자장에서 1V의 전압을 출력하는 자기센서를 선정해서 사용해야만 하므로 사용상 많은 불편함이 있다.

이와 같은 자기센서에 대한 연구는 최근들어 다기능을 지닌 자기센서와 미세한 자장을 측정할 수 있는 자기센서의 개발에 있어서 활발하며, 이중 다기능을 지닌 센서로서 제안된 것중의 하나가 자기연산증폭기(MOP : Magneto Operational Amplifier)이다.

자기연산증폭기는 연산증폭기(Operational Amplifier)의 특성이 같으면서도 자기입력에 대하여 출력을 전압으로 변환시키는 기능을 갖기 때문에 연산증폭기의 이용분야로 알려진 선형증폭회로, 적분기, 액트브필터(Active Filter), 스위칭회로등의 각종 응용회로에 범용적으로 적용할 수 있는 소자이다.

이와 같은 자기연산증폭기중 자기감지부로 자기트랜지스터들을 이용하는 것이 있으나, 이 자기연산증폭기는 자기트랜지스터가 자장에 의해 발생된 차동전류를 감지량으로 하며, 그 구조가 차동증폭기 한쌍의 능동부하 구조를 가짐으로써 종래 연산증폭기에 있어서 차동증폭기의 능동부하를 자기트랜지스터들로 대치하는 것만으로 자기연산증폭기를 구성할 수 있다는 장점을 지닌 반면에, 온도에 대한 변화가 크며 자기를 벡터량으로 취급할 때 방향지향성이 홀소자에 비해 현저하게 떨어지며 대량 생산시 트리밍(trimming)처리가 복잡해지는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 자기연산증폭기가 갖는 제반문제점들을 해결하기 위하여 발생된 것으로, 온도특성이 우수하고 방향지향성이 뛰어난 홀소자를 자기연산증폭기의 자기감지부에 이용하고, 자기센서의 일부출력신호를 입력으로 궤환시켜 궤환변수에 따라 출력신호를 임의로 가변시킴으로써 시스템의 구동단에서 요구되는 값의 신호를 자기센서부에서 알맞게 조절하여 출력시킬 수 있는 홀소자(Hall Device)를 이용한 자기연산증폭기(MOP)를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 DSCOP(Differential-to-Single-ended Conversion Operational Amplifier)를 이용하여 무(無)자계시에는 통상의 연산증폭기와 똑같은 입, 출력 특성을 갖게 하고 유(有)자계시에는 자계신호에 대하여 연산증폭기에 전기적인 신호를 입력한 경우와 똑같은 출력특성을 얻기 위해 홀소자등 자기/전기량 변환소자의 자기신호전압단자로부터 발생하는 신호를 DSCOP의 두쌍의 입력단중에서 한쌍의 입력단으로 수신하게 하여 자기/전기량 변환신호전압이 입력되게 하고 나머지 다른 한쌍의 입력단은 연산증폭기와 같은 형태로 외부입력단자로서 내놓아 궤환등의 신호처리에 사용할 수 있도록 구성되어 있다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명 홀소자를 이용한 자기연산증폭기(MOP)의 작용을 설명하기에 앞서 종래 일반적인 연산증폭기의 작용과 본 발명에 사용된 DSCOP의 작용을 비교하여 보면 다음과 같다.

제 1 도는 종래 통상적인 연산증폭기의 등가회로도, 제 2 도는 DSCOP의 등가회로도로서 도면부호 1은 궤환수단을 나타낸다.

제 1 도에 도시한 종래 연산증폭기에 있어서, 궤환수단(1)이 없는 경우 증폭회로의 출력은

V_out=A(V_in ⁺-V_in ^-) …………………………………(1)

으로 된다.

여기서 A는 오픈루우프게인(Open-Loop Gain)이다.

이 경우 이론적으로 A=∞이므로 연산증폭기(OP-AMP)는 그 출력신호(V_OUT)가 ±∞로 되는 불안정한 증폭기로 된다.

따라서, 궤환수단(1)으로 출력신호(V_OUT)의 궤환값(F)을 연산증폭기(OP-AMP)의 입력단자(V_IN ^-)로 가하여 연산증폭기 (OP-AMP)의 출력신호(V_OUT)가

V_out=V_in ⁺/{(1/A)+F}V_in ⁺/F …………………………(2)

으로 되게 하여 궤환값(F)에 따라 선형증폭회로, 적분기, 능동필터, 비교기, 스위칭회로등 각종 회로에 쉽게 운용할 수 있는 연산증폭기로 된 것이다.

반면에 제 2 도에 도시한 DSCOP는 궤환수단(1)이 없는 경우 증폭회로의 출력은

V_out=A{(V_in1 ⁺-V_in1 ^-)+(V_in2 ⁺-V_in2 ^-)}=A{(V_in1 ⁺-V_in2 ⁺)-(V_in1 ^--V_in2 ^-)}……………(3)

으로 된다.

여기서 A는 제 1 도에 도시한 종래 연산증폭기(OP-AMP)와 마찬가지로 오픈루우프게인이다.

또한 궤한수단(1)이 있는 경우 증폭회로의 출력은

V_out=(V_in1 ⁺-V_in1 ^-)/{(1/A)+F}(V_in1 ⁺-V_in1 ^-)/F ………………(4)

로 되어서 DSCOP는 일반적인 연산증폭기(OP-AMP)와 마찬가지로 궤환수단(1)의 궤환값(F)에 의해 선형증폭회로, 적분기, 능동필터, 비교기, 스위칭회로등의 각종 회로로 이용될 수 있으나, 일반적인 연산증폭기(OP-AMP)가 상기 식(2)에서와 같이 하나의 신호에 대하여 궤환값(F)에 따른 연산증폭을 행하여 출력(V_OUTV_IN ⁺/F)하는 반면에 DSCOP는 식(4)에서와 같이 두 신호의 차신호에 대하여 궤환값(F)에 따른 증폭연산을 행하여 하나의 신호로 변환하여 출력 {V_out=(V_in1 ⁺-V_in1 ^-)/F}하는 증폭기이다.

이상에서 설명한 특성을 갖는 DSCOP를 채용한 본 발명 홀소자를 이용한 자기연산증폭기(MOP)의 회로 구성이 제 3 도에 도시되어 있는바, DSCOP의 두쌍의 입력단(a, b), (a', b')중 한쌍의 입력단(a, b)에는 홀소자등 자기/전기량 변환소자(H)의 자기신호출력전압단자(X, Y)가 각각 연결되고, 또 다른 한쌍의 입력단(a', b')은 연산증폭기와 같이 외부단자로 내어놓아 궤환수단(1)을 통해 회로의 출력측에 접속되어 있다.

미설명부호 2는 홀소자등 자기/전기량 변환소자(H)를 구동하는 구동전원을 나타낸다.

이와 같은 본 발명 DSCOP를 채용한 자기연산증폭기(MOP)에 있어서 자기/전기량 변환소자(H)는 무자계시에는 작용하지 않고(출력전압이 0이고)유자계시에만 작용하기 때문에 본 발명은 무자계시에 제 1 도에 도시한 종래 연산증폭기(OP-AMP)와 똑같은 입출력 특성을 가지며, 유자계시에는 자계신호에 대하여 연산증폭기에 전기적인 신호를 입력한 경우와 똑같은 출력특성을 갖는다. 즉, 제 3 도에 도시한 구성을 갖는 본 발명 자기연산증폭기의 입출력관계는

V_out=A{(V_m ⁺-V_m ^-)+(V_in ⁺-V_in ^-)}=A{(V_m+(V_in ⁺-V_in-)}………(5)

로 된다. 여기서 A는 연산증폭기의 오픈루우프게인(Open-Loop Gain)이고, V_m은 자기/전기량 변환소가(H)의 출력전압이다.

따라서 무(無)자계시에는 자기/전기량 변환소자(H)의 출력전압이 0이므로 상기 식(5)는

V_out=A{0+(V_in ⁺-V_in ^-)}=A(V_in ⁺-V_in ^-) …………………………(6)

로 되어 종래 통상적인 연산증폭기(OP-AMP)의 출력특성식인 식(1)과 동일하게 된다.

그리고 본 발명 자기연산증폭기(MOP)에 궤환수단(1)으로 궤환값(F)의 궤환을 걸게 되면 상기 식(5)은

V_out=V_m/{(1/A)+F}V_m/F ………………………………………(7)

로 되어 제 1 도에 도시한 종래 연산증폭기(OP-AMP)에 궤환값(F)으로 궤환을 건 경우의 상기 식(2)과 동일하게 된다.

제 4 도는 본 발명 자기연산증폭기(MOP)의 일실시예를 도시한 것으로, 자기연산증폭기(MOP)를 다이오드(D₁, D₂)와 트랜지스터(Q₁-Q₁₀) 및 전류원(Is, Is₁-Is₄)으로 실현시킨 경우이며, 입력단(b')에 궤환값(F)을 갖는 궤환수단(1)을 채용하면 제 3 도에 도시한 본 발명 자기연산증폭기(MOP)와 동일한 동작으로 동일한 입출력특성을 갖게 되므로 그 상세한 동작설명은 생략한다.

상기한 바와 같이 작용하는 본 발명은 어떤 임의의 서로 다른 시스템에서 필요로 하는 자기/전기량변환 신호전압을 궤환수단의 궤환값에 따라 해당 시스템에서 요구되는 값으로 출력할 수 있으므로 일정신호와 시스템을 조화되게 하기 위한 중간연결회로(인터페이스회로)를 별도로 구비할 필요가 없는 장점뿐만 아니라 시스템에서 필요로 하는 일정한 크기의 신호를 발생하는 자기센서를 선택하여 사용해야만 하는 번거로움이 없어지는 장점이 있다.

Claims (2)

1. DSCOP(Differential-to-Single-ended Conversion Operational Amplifier)의 두쌍의 입력단(a, b), (a', b')중 한쌍의 입력단(a, b)에다 자기/전기량 변환소자(H)의 자기신호출력전압단자(X, Y)를 각각 연결하고, 또 다른 한쌍의 입력단(a', b')은 외부단자로 내놓아 입력단(a')은 접지시키며, 입력단(b')은 궤환수단(1)을 통해 회로의 출력측에 접속하여 무(無)자계시에는 연산증폭기와 똑같은 입출력특성을 가지며 유(有)자계시에는 자계신호에 대하여 연산증폭기에 전기적인 신호를 입력한 경우와 똑같은 출력특성을 가지게 됨을 특징으로 하는 자기연산증폭기.
2. 제 1 항에 있어서, 자기/전기량 변환소자(H)가 홀소자(Hall Device)인 자기연산증폭기.