LPF(Low pass filter)
위와같이 생긴 회로를 LPF라고 부른다. LPF는 아래와 같은 특성을 가지는데,
특정 주파수(cut off frequency) 이상의 신호가 인가되면 신호의 증폭률이 급격히 떨어져
그 주파수의 성분을 무시할 수 있도록 해 주는 회로이다.
cut off frequency가 10이라고 했을 때 주파수가 sinπx + sin(20πx) 의 신호가 인가됐을 경우,
sin(20πx)의 성분은 사라져 sinπx 의 성분만 남게되는 것이다.
<우리가 사용하게되는 경우>
각종 센서를 통해 값을 입력받게되는 경우에 사용하게 되는데, 거리센서를 예를 들어보기로 한다.
10~20cm의 거리를 감지하는 센서가 있고, 거리가 10cm일 때 5V가 출력되고, 20cm일 때 0V가 출력되는 이상적인 선형센서라고 했을 때, 출력되는 센서의 값은
(D - 10)*0.5 10<D<20, D: distance
센서와 물체와의 거리가 일정하면 일정한 값이 나와야 한다.
하지만 실제로 센서의 출력을 오실로스코프로 찍어보면 계산값의 근처에서 흔들리고 있다. 노이즈의 영향을 받기때문인데,
이러한 노이즈는 항상 고주파수의 형태로 존재한다. 그리고 우리가 원하는 센서의 출력값은 DC성분으로 주파수가 0이라고 볼 수 있기때문에, LPF를 사용하면 우리가 원하는 DC성분만을 출력으로 얻을 수 있다.
<LPF의 주파수-증폭률 그래프>
하지만 실제로 LPF는 위 그림과 같이 cut off frequency 이상의 성분을 완벽하게 없애지는 못하며,
완벽에 가까운 필터를 설계하기위해서는 조금 더 복잡한 회로의 설계가 요구된다.
HPF(High pass filter)
LPF와 반대되는 개념으로 DC성분을 없애고, AC 성분만을 가져오는 회로이다.
라인트레이서를 제작할 때 수광/발광센서를 5~10쌍을 사용하게 되는데, 이 센서를 계속 켜놓게 된다면 전류부족으로 인한 문제점이 생길 수 있다.
(LM2575 regulator에도 1A~3A까지 공급하는 소자가 있지만 우리는 1A를 공급하는 소자 사용)
그렇기 때문에 발광부를 순간적으로 켜고 이에 수광소자가 반응할 수 있는 시간이 지난 후 발광부를 끈다.
이런 식으로 1쌍씩 켰다 껐다를 반복하게되면 수광/발광 센서를 10조 사용한다고 해도 전류는 1조만큼의 전류를 사용하게 되어 전류를 좀 더 효율적으로 사용할 수 있다.
이 경우 우리는 수광소자의 on/off여부만을 확인하면 되기때문에 고주파노이즈에 대해 크게 신경쓰지 않아도 된다.
하지만 이 때 출력파형을 오실로스코프로 찍어보면 일정한 주기의 구형파(pulse wave)형태를 띠게 되는데,
이 신호를 받을 때 HPF를 사용하면 정확한 on/off 을 판별하기위한 신호를 얻을 수 있다.
바이패스와 커플링에 대한 이론은 세미나 참석자들이 2학년생이 대부분임을 감안해 간단하게 설명함.
바이패스 캐패시터(By pass Capacitor)
LPH에 달린 capacitor가 바이패스 캐패시터이며, AC 성분을 ground로 연결시켜 소거해주는 역할을 한다.
커플링 캐패시터(coupling Capacitor)
DC성분을 차단한 상태로, AC성분을 전달시키기위해 사용하는 capacitor, 바이패스 캐패시터의 반대개념이라고 이해하면 쉽다.
디지털회로에서 스위치의 정환한 값을 입력하기위해 사용하는 회로가 pull up resistor, pull down resistor이다.
풀업저항(Pull Up Resistor)
위와 같이 pull up resistor를 단 스위치회로의 경우, 스위치를 열면 input pin에 인가되는 전압은 Vcc에 근접한 값이 된다.
입력 임피던스가 굉장히 높기때문에 전류가 적게 흐르고, 이는 저항에서의 전압강하가 거의 일어나지 않게됨을 의미한다.
반대로 스위치를 닫으면 전류는 저항과 스위치를 통과해 Ground로 흐르게 된다. 이 때는 input pin에 인가되는 전압은 Ground에 가까운 값이 된다.
풀다운저항(Pull down Resistor)
Pull up Resistor와 비슷한 용도로 사용되며, 스위치를 열었을 때 Ground에 가까운 값을 입력시키도록 해 주는 회로이다.
reference: wikipedia(http://wikipedia.org)
mad science notebook(www.madsciencenotebook.com)
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