학습 문서 전체 목차
회로를 1부터 배워서, 마지막에는 신호 측정 시스템을 직접 설계할 수 있게 되는 것이 목표입니다.
읽는 방법
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순서대로 읽는 것을 권합니다. 뒤 장은 앞 장의 계산을 그대로 씁니다.
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각 장은 항상 같은 구조입니다:
절 내용 개념 · 수식 유도 공식을 던지지 않고 어디서 나왔는지 유도합니다 계산 예제 실제 숫자를 넣어 풉니다 시뮬레이션으로 확인 examples/의 실제 파일로 손계산과 대조합니다⚖️ 부품 트레이드오프 이 부품을 붙이면 뭐가 좋아지고 뭐가 나빠지는지 🔌 실제 쓰임새 실제 측정 시스템 어느 블록에 들어가는지 ⚠️ 이상과 실제의 차이 이 장의 이상적 모델이 깨지는 지점 연습문제 풀이는 접혀 있습니다 -
급하면 16장부터 보셔도 됩니다. 16장은 필요한 앞 장을 링크로 가리킵니다.
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본문에 점선 밑줄이 그어진 말은 개념 카드입니다. 모르면 그 자리에서 눌러 한 줄 정의를 보고, 더 필요하면 카드 안의 링크로 해당 레슨에 갑니다. 아는 말이면 그냥 지나가면 됩니다.
A. 기초 이론
0장. 시작하기 전에
| 01 학습 순서와 준비물 | 무엇을 어떤 순서로, 어떤 장비를 사서 |
| 02 전하·전압·전류·저항 | 물리적으로 무슨 일이 일어나는가 |
| 03 단위와 SI 접두어 | m·µ·n·p·k·M, 유효숫자, 자주 하는 실수 |
| 04 회로도 읽는 법 | 기호, 넷, 참조 지정자(reference designator) |
| 05 접지와 기준점 | “전압은 언제나 상대값”이라는 것의 의미 |
1장. 직류 회로의 기본
| 01 옴의 법칙 | |
| 02 전력·에너지·정격 | 저항이 타는 조건을 계산한다 |
| 03 직렬과 병렬 | |
| 04 분압기와 분류기 | 부하가 걸리면 왜 무너지는가 |
| 05 실제 저항 고르기 | 컬러코드, E24, 오차, 온도계수 |
2장. 회로 해석법
| 01 키르히호프 법칙 | KCL·KVL |
| 02 노드 해석 | |
| 03 메시 해석 | |
| 04 중첩의 원리 | |
| 05 테브난·노턴 등가 | |
| 06 출력 임피던스와 로딩 | 측정에서 가장 먼저 만나는 개념 |
| 07 종속전원과 시험전압법 | 모든 소신호 모델이 종속전원입니다 |
3장. 커패시터와 인덕터
| 01 커패시터의 원리 | |
| 02 RC 과도응답과 시정수 | |
| 03 인덕터와 RL 회로 | |
| 04 실제 커패시터 고르기 | C0G·X7R·전해·탄탈, DC 바이어스로 용량이 반토막 나는 문제 |
| 05 RLC 과도응답 | 링잉의 정체 — 에너지가 두 곳을 왕복하는 소리 |
4장. 교류와 주파수 영역
| 01 정현파와 RMS | |
| 02 페이저와 복소 임피던스 | |
| 03 주파수 응답과 필터 | LPF·HPF·BPF, 차단주파수(cutoff frequency) |
| 04 dB와 보드선도 | |
| 05 공진과 Q | |
| 06 s영역과 전달함수 | 라플라스, 극점(pole)·영점(zero) — 뒤 장의 안정성 논의가 전부 여기서 나옵니다 |
| 07 2차 시스템 | 감쇠비 ζ, 오버슈트·정착 시간의 유도 |
| 08 필터 근사 | 버터워스·베셀·체비셰프 — ζ 하나가 다를 뿐, 군지연과 파형 보존 |
B. 소자와 블록
5장. 다이오드
| 01 PN 접합과 I-V 특성 | |
| 02 정류회로와 리플 | |
| 03 제너 다이오드 | |
| 04 LED와 전류제한 저항 | |
| 05 보호용 다이오드 | 플라이백, 쇼트키, TVS |
| 06 반도체 물성 | 밴드갭·확산·드리프트 — 26 mV 와 −2 mV/°C 가 어디서 나오는가 |
6장. 트랜지스터
| 01 BJT의 동작 영역 | |
| 02 BJT 스위치 설계 | 베이스 저항 계산 |
| 03 이미터 공통 증폭기 | 바이어싱과 이득 |
| 04 밀러 효과와 기생 용량 | 대역폭(bandwidth)이 왜 떨어지는가 |
| 05 MOSFET 기초 | Vth, Rds(on), Qg |
| 06 소스 팔로워 | 이득 1인데 왜 쓰는가 — 임피던스(impedance) 변환 |
| 07 전력 스위칭과 발열 | |
| 08 소신호 모델과 gm/ID | 하이브리드π, 차동쌍. 전력 예산이 여기서 나옵니다 |
7장. OP앰프
| 01 이상적 OP앰프와 가상 단락 | |
| 02 반전·비반전·버퍼 | |
| 03 차동 증폭기와 계측 증폭기 | |
| 04 비교기와 히스테리시스 | |
| 05 액티브 필터 | |
| 06 실제 OP앰프의 한계 | GBW, 슬루레이트(slew rate), 옵셋, 바이어스 전류, 잡음밀도 |
| 07 용량성 부하와 발진 | |
| 08 루프 이득 | . 왜곡·임피던스·오차가 전부 로 나눠집니다 |
| 09 안정성 — 나이퀴스트와 이득 여유 | 발진 조건, 루프를 끊고 주입해 실측하는 법 |
8장. 전원 회로
| 01 전원과 접지 개념 정리 | |
| 02 리니어 레귤레이터와 LDO | 드롭아웃(dropout), 발열 계산 |
| 03 스위칭 레귤레이터 개요 | 벅·부스트 |
| 04 디커플링 커패시터 | 왜, 어디에, 얼마나 |
| 05 전원 보호 | 역전압, 퓨즈, TVS |
| 06 저잡음 전원과 PSRR | 측정 시스템의 바닥 성능을 정하는 것 |
| 07 삼상과 역률 | 순시 전력이 일정한 유일한 구조. 역률은 위상보다 왜곡 |
| 08 SMPS 동작 모드 | CCM/DCM, 동기 정류. 리플 비율 0.3~0.4 의 근거 |
| 09 SMPS 루프 보상 | ESR 영점·우반면 영점. 세라믹으로 바꿨더니 발진하는 이유 |
9장. 디지털 회로
| 01 논리 레벨과 노이즈 마진 | |
| 02 논리 게이트와 부울대수 | |
| 03 순차 논리와 플립플롭 | |
| 04 클럭과 타이밍 | 셋업(setup)·홀드 |
| 05 풀업·오픈드레인·레벨 시프터 | |
| 06 아날로그 스위치와 멀티플렉서 | 측정 채널 스위칭의 기초 |
| 07 카르노맵과 해저드 | 줄이다가 없앤 항이 글리치를 만듭니다 |
| 08 상태기계와 메타스테이빌리티 | 측정 시퀀스를 FSM 으로. 비동기 입력은 반드시 두 번 걸러야 |
10장. MCU 인터페이싱
| 01 GPIO 입출력 | |
| 02 버튼과 디바운싱 | |
| 03 ADC 입력 설계 | 소스 임피던스, 샘플링 커패시터(sampling capacitor), 획득 시간 |
| 04 안티에일리어싱 | |
| 05 PWM과 구동 | |
| 06 통신의 전기적 관점 | I2C 풀업(pull-up) 계산 등 |
| 07 ADC 의 실제 한계 | ENOB·지터·노이즈 셰이핑. 16비트가 16비트인 적은 없습니다 |
| 08 DAC — 구조와 글리치 | R-2R·ΔΣ·PWM. 정확도는 정합이, 파형은 글리치가 정합니다 |
C. 실제 회로가 이상과 다른 이유
여기부터가 “실제로 만들 수 있는가”를 가르는 부분입니다.
11장. 기생 성분
| 01 이상적인 부품은 없다 | |
| 02 커패시터의 ESR·ESL과 자기공진 | 왜 100nF과 10µF을 같이 붙이는가 |
| 03 저항과 인덕터의 기생 성분 | |
| 04 배선과 비아의 R·L | |
| 05 기생 용량이 만드는 문제 | 대역폭·상승시간·세틀링·발진 |
| 06 케이블과 프로브 로딩 | |
| 07 기생 성분을 SPICE에 넣기 | |
| 08 전송선 | ·반사계수·직렬 종단. 배선이 저항이 아니게 되는 지점 |
12장. 노이즈와 신호 무결성
| 01 노이즈의 종류 | 열잡음(thermal noise)·샷·1/f·EMI |
| 02 SNR과 입력환산잡음 | |
| 03 그라운드 — 바운스와 루프 | |
| 04 커플링과 크로스토크 | 용량성·유도성 |
| 05 리턴 패스와 루프 면적 | |
| 06 차폐·가드링·드리븐 실드 | |
| 07 차동 신호와 CMRR | |
| 08 60Hz 픽업 대책 | |
| 09 잡음 지수와 최적 소스 임피던스 | NF 유도, 소자를 고르는 기준을 최소화로 직접 구합니다 |
| 10 절연 | 광·용량·자기 절연, 절연 전원이 없으면 절연이 아닙니다, 누설 전류와 안전 |
13장. 신호 증폭 체인 설계
| 01 신호원부터 ADC까지 | |
| 02 게인 배분과 노이즈 예산 | 첫 단이 노이즈를 지배하는 이유 |
| 03 입력 임피던스와 로딩 | |
| 04 대역폭 제약과 안정성 | GBW, 위상 여유(phase margin) |
| 05 DC 오프셋 제거 | AC 커플링 vs DC 서보 |
| 06 안티에일리어싱 필터 설계 | |
| 07 락인 검출 개요 | |
| 08 기준전압 | 정확도의 상한. 밴드갭 vs 매몰 제너, ppm/°C 를 실제 오차로, 비율 측정 |
| 09 교정 | 2점 교정, 자기 교정 경로, 무엇을 교정으로 못 지우나 |
| 10 브리지·RTD·열전대 | 휘트스톤 감도, 3선·4선, 냉접점 보상, 자기 발열 |
| 11 디지털 필터링 | 이동평균·CIC·IIR, 오버샘플링, 하드웨어와 디지털의 분담 |
D. 실제 제작
14장. 측정과 디버깅
| 01 멀티미터 | |
| 02 오실로스코프 | 프로브(probe) 보상, 접지 리드가 만드는 링잉(ringing) |
| 03 임피던스 측정 | |
| 04 노이즈 플로어 측정 | |
| 05 테스트 톤으로 실측 | 게인·대역·크로스토크(crosstalk) |
| 06 브레드보드의 한계 | |
| 07 시뮬과 실측이 다를 때 |
15장. PCB 설계
| 01 배치 원칙 | |
| 02 디커플링을 어디에 두는가 | |
| 03 그라운드 플레인과 리턴 패스 | |
| 04 층 구성 | 2층 vs 4층 |
| 05 트레이스 폭과 전류 | |
| 06 아날로그 프론트엔드 레이아웃 | 가드링(guard ring), 짧은 고임피던스 배선 |
| 07 열 설계 | |
| 08 DFM과 발주 | JLCPCB, BOM |
E. 실전 — 신호 측정 시스템
16장. 케이스 스터디
| ★ 00 측정 회로 설계 방법론 | 어떤 측정 대상이든 적용하는 8단계 절차 |
| ★ 01 액티브 어레이 리드아웃 | 이중 트랜지스터(transistor) 멀티플렉스 소스 팔로워(source follower) — 각 구조가 왜 필요한지 계산으로 유도 |
| 02 아날로그 프론트엔드 3종 | TIA · 계측 증폭기(instrumentation amplifier) · 온도 |
| 03 저잡음 전원 | |
| 04 MCU/DAQ 인터페이스 | |
| 05 액추에이터 간섭 | 측정을 망치는 실제 사례 |
18장. 설계 실무
| ★ 00 빈 화면에서 시작하는 법 | 16장이 계산이라면 이건 그리는 순서 — 경계에 적는 세 숫자 |
| 01 값을 정하는 순서 | 비를 먼저, 절대값을 나중에. 반올림하면 무엇이 깨지는가 |
| ★ 02 전극에서 ADC까지 | 처음부터 끝까지 한 번에 — 되돌아간 지점까지 그대로 |
| 03 EasyEDA로 그리기 | 넷 이름·주석·DNP 자리, ERC 가 못 잡는 것 |
| 04 보드를 켜는 순서 | 전류 제한부터. 안 되면 이등분해서 찾는다 |
F. 도구
17장. 워크플로
조회용 자료
| 부품 플레이북 | 부품별 “붙이면 뭐가 좋아지고 뭐가 나빠지나” 총정리 |
| 노이즈 예산 계산 시트 | 설계 전에 가능/불가능을 판정하는 작업용 시트 |
| 설계 공식 모음 | |
| 한영 용어집 |
예제 회로
각 장에 실린 회로는 전부 실행 가능한 파일로 examples/에 있습니다 (100개 이상).
spec/circuit-format.md | 포맷 규범 명세 — 부품 타입·핀 이름·값 표기·expect 문법 |
schema/circuit.schema.json | JSON Schema — 에디터 자동완성과 검증 |
tools/check_docs.py | 문서·예제 일관성 검사 |
pip install pyyaml jsonschema
python3 tools/check_docs.py링크, 예제 존재 여부, 스키마 적합성, 핀 이름, 미결선 핀, 문서 속 YAML과 예제 파일의 일치까지 검사합니다. 문서만 고치고 예제를 안 고치는 일(그 반대도)이 생기지 않게 하는 장치입니다.