의료기기제작실습 II 이름 : 이기영 (Lee, Ki Young) 전공 : 의공학 (Medical Engineering) 연구실 : 강릉캠퍼스 50주년기념관 514호이메일 : kylee@kd.ac.kr 학과홈 : http://cms.kd.ac.kr/user/bme/index.html 1 수업계획서 1주 필터회로의분석 2주 필터회로의구현 3주 반전 / 비반전증폭기 4주 기타연산증폭기 5주 의료기기기안작성 6주 1차연산증폭기필터 7주 2차연산증폭기필터 8주 중간고사 9주 심전계제작I 10주 심전계제작II 11주 심전도전처리 12주 심박수자동검출법 13주 심전도와맥파의조합 14주 의료기기기안발표 15주 기말고사 2 1
심전도기와 PC 와의접속 (interface) 제작할작품 3 작품구성도 ECG 센서 마이크로프로세서 (A/D 변환 ) PC 신호분석디스플레이 C 프로그램 4 2
ECG 센서 5 본학기동안알아야할것들 1. 필터분석및구현 2. 연산증폭기 (OP Amp) 와 OP Amp 필터 3. 센서제작과 PC 와의접속 1 심전도해설 2 접속회로 (ECGèA/D C. by μp.èpc) 4. 심전도신호처리 1 신호의잡음제거 2 주기검출 / 심박수구하기 5. 기안작성요령 6 3
(1 주차 ) 수업내용 v 회로의과도응답 ( 전류 / 전압 ) 이라는것은? 1. 시정수란? 2. 과도응답회로와구하는방법은? 3. 과도응답으로무엇을얻는가? ( 힌트 : 교류 ) Ø 과도응답은직류전원또는구형파의초기동작 Ø 레포트 : 1 교재및인터넷에서 과도응답 조사 2 과도응답을구하는과정 3 RC 필터차단주파수와 R 과 C 의전압분석 ( 제 2 부제 8 장 ) 7 RC 직렬회로 RV1 20k VR1 A B PULSE TD=0 TR=1u TF=1u PW=50% FREQ=1 V1=0 V2=10 VC1 C D D1 LED-RED C 10uF 8 4
RC 직렬회로분석 1. 기본회로식 2. 미분방정식풀이 3. 시뮬레이션확인 ( 가변저항 ) 4. Laplace변환분석 5. 시정수확인 9 (1 주차 ) 과도응답구하기 (1/7) 10 5
(1 주차 ) 과도응답구하기 (2/7) 11 (1 주차 ) ( 과도 ) 초기전압 (3/7) 12 6
(1 주차 ) ( 정상 ) 최종전압 (4/7) 13 (1 주차 ) 과도응답구하기 (5/7) 14 7
(1 주차 ) 과도응답구하기 (6/7) 15 (1 주차 ) 과도응답구하기 (7/7) 검산 : PULSE=VC2+VR2 16 8
2 주 ) 퀴즈 1 17 1 주 ) 에서배운것 전기회로는무엇인가? RC- 직렬회로에서각소자의전압구하기. 미방풀기 리플라스변환으로풀기 가변저항 = POTENTIO-METER 18 9
2 주 ) 목표 RC 와 RL 직렬회로의전류 시정수알기 ( 계산법과의미 ) 교류정현파 ( 입력 ) 에대한 RC 필터분석 각소자의전압 (V R 과 V C ) 구하기 19 (2 주차 ) RC 회로의과도응답 (108 쪽 ) RC 직렬회로의충전과방전 ( 단, V=10[V]) 커패시터는 SW 가 - a 일때 (? ) - b 일때 (? ) 20 10
(2 주차 ) RC 회로의과도응답 (108 쪽 ) RC 직렬회로의충전과방전 커패시터는 SW 가 - a 일때 ( 충전 ) - b 일때 ( 방전 ) 충전및방전의전압 ( 곡선 ) 의모양은? 심전도의전압곡선을나타낼수있다면? 인공심장! 21 (2 주차 ) RC 회로의과도응답 (108 쪽 ) VR2 PULSE1 TD=0 TR=1u TF=1u PW=50% FREQ=1 V1=0 V2=10 R2 10k VC2 C2 10uF 22 11
(2 주차 ) RC 회로의과도응답 (108 쪽 ) 23 (2 주차 ) RC 회로의과도응답 (108 쪽 ) v 소자값이다름에따라전압변화를나타낼기준? è 시정수 24 12
(2 주차 ) RC 회로의과도응답 (108 쪽 ) v 소자값이다름에따라전압변화를나타낼기준? è 시정수정의 63.2% 36.8% t t 25 (2 주차 ) RC 회로의과도응답 (108 쪽 ) v 소자값이다름에따라전압변화를나타낼기준? è 시정수정의 26 13
(2 주차 ) RC 회로의과도응답 (108 쪽 ) VR2 PULSE1 TD=0 TR=1u TF=1u PW=50% FREQ=1 V1=0 V2=10 R2 10k VC2 C2 10uF 6.32V < 시정수 > 27 (2 주차 ) RC 회로의과도응답 (108 쪽 ) 6.32V < 시정수 > 28 14
(2 주차 ) RC 회로의과도응답 (108 쪽 ) 29 (2 주차 ) RC 회로의과도응답 (108 쪽 ) 30 15
(2 주차 ) RC 회로의실습 1. R2= 5kΩ, C2=10μF 2. R2=10kΩ, C2=10μF 3. R2=20kΩ, C2=10μF 4. R2=30kΩ, C2=10μF 5. R2=50kΩ, C2=10μF 6. R2=10kΩ, C2= 5μF 7. R2=10kΩ, C2=20μF 8. R2=10kΩ, C2=30μF 9. R2=10kΩ, C2=50μF * 일때시정수는? PULSE1 TD=0 TR=1u TF=1u PW=50% FREQ=1 V1=0 V2=10 VR2 R2 10k VC2 C2 10uF 31 교류정현파 ( 입력 ) 에대한 RC 필터 32 16
(2 주차 ) 교류 ( 정현파 )+RC 회로필터 ( 기타용도 ) R10(1) AMP=10 OFFSET=0 FREQ=2 PHASE=0 THETA=0 R10(1) R10 200 C3(1) C3 1667uF 33 RC 직렬회로 V C, V R 분석 Vin AMP=10 OFFSET=0 FREQ=1.5k PHASE=0 THETA=0 Vs R 2.2k Vc C 0.02uF Vin1 AMP=10 OFFSET=0 FREQ=1.5k PHASE=0 THETA=0 C1 0.02uF VR R1 2.2k 34 17
RC 직렬회로 Vc 분석 (f=1.5khz) Vin Vc Vin VR 125us 67.5 도 Vc VR 42.0us 22.5 도 35 RC 직렬회로 Vc 분석 (f=15khz) Vin VR Vin Vc VR 2.52us 13.6 도 Vc 14.15us 76.4 도 36 18
(3 주차 ) 교류정류 + RC 과도응답 + 제너다이오드 ( 기타용도 ) V(t) D3 RECT1 R5 ZEN_D 1N4001 V1 VSINE VA=10 FREQ=60 C2 1667uF 200 R4 100 D4 1N4737A R6 10k 자료확인 : datasheet4u.com (1N4737A: 제너다이오드 ) 37 교류정류 + RC 과도응답 + 제너다이오드 V(t) D3 RECT1 R5 ZEN_D 1N4001 V1 VSINE VA=10 FREQ=60 C2 1667uF 200 R4 100 D4 1N4737A R6 10k 자료확인 : datasheet4u.com (1N4737A: 제너다이오드 ) 반파정류회로 RC 필터적색곡선 제너다이오드정전압청색곡선 38 19
3 주 ) 배운것 전기회로는무엇인가? 직류입력시과도응답구하기 미방풀이 / 라플라스풀이 시정수 (time constant) 교류입력시리액턴스 ( 저항 ) 와임피던스 복소수의극형식표현 ( 오일러공식 ) 교류입력시소자전압 ( 극형식 : 크기 / 위상 ) 39 3 주 ) 배울것 8 장필터회로 저역 / 고역 / 대역통과필터와차단주파수 제 3 부 12 장연산증폭기의특성 조사특성발표? 연산증폭기의특성보기 http://blog.naver.com/postview.nhn?blogid=ksk79 174766&logNo=20197282605 http://www.prenhall.com/boylestad/ Electronic Devices and Circuit theory 40 20
LPF 와 HPF ( 차단주파수?) R1(1) AMP=1 OFFSET=0 FREQ=1 PHASE=0 THETA=0 R1 V(LPF1) C1 5nF fc=31.8khz 왜 10Hz 부터그려야하나? C6(2) AMP=1 OFFSET=0 FREQ=1 PHASE=0 THETA=0 C6 5uF fc=31.8 Hz R6 V(HPF1) 41 R1(1) 연산증폭기필터의의미 R1 V(LPF1) C6 5uF V(HPF1) C1 5nF R6 왜 10Hz 부터그려야하나? -20dB/dec -20dB/dec 21
R1(1) R1 대역통과필터 V(LPF1) C6 5uF V(HPF1) C1 5nF R6 왜 10Hz 부터그려야하나? -20dB/dec -20dB/dec 차단주파수일때 44 22
R1(1) 연산증폭기필터의의미 R1 V(LPF1) C6 5uF V(HPF1) C1 5nF R6 왜 10Hz 부터그려야하나? -20dB/dec -20dB/dec R1(1) 연산증폭기필터의의미 R1 V(LPF1) C6 5uF V(HPF1) C1 5nF R6 왜 10Hz 부터그려야하나? 1. f=0hz 일때, 콘덴서저항은 이므로계산불가 2. f=hz 일때, X C1 =31.8kΩ, X C6 =31.8Ω V(LPF1)=1/2=-6dB 3. f=100khz 일때, X C1 =318Ω, X C6 =0.318Ω V(LPF1)=0.193=-14dB 4. f=1mhz 일때, X C1 =31.8Ω, X C6 =31.8mΩ V(LPF1)=0.03=-30dB 23
R1(1) 연산증폭기필터의의미 R1 V(LPF1) C6 5uF V(HPF1) C1 5nF R6 왜 10Hz 부터그려야하나? -6dB -14dB -20dB/dec -30dB 연산증폭기필터의의미 V(A) -12V -12V R3(1) R3 2 3 8 4 C3 5nF +12V U1:A 1 TL082 C4 5uF 6 5 R4 8 4 +12V U1:B 7 TL082 V(B) -20dB/dec -20dB/dec 24
실습보고서 연산증폭기의특성 레포트 49 25