NSOM 제작 노트 #3 - 회로의 구성

1.     회로의 구성

 

 NSOM을 구성하는 데에 필요한 회로는 크게 음귀환 회로, 대역 통과 필터, 프리 앰프 등이 있다.

 

 모든 기기를 배터리를 사용하지 않는 이상 60Hz의 전원 노이즈가 꽤나 크게 나타난다. 튜닝 포크를 사용하는 경우엔 더욱 심한데, 이를 없애주기 위해서는 대역 통과 필터가 필요하다. 대략 통과 영역을 25~35 kHz 사이로 디자인 하며, 물론 2차, 3차로 걸러주면 더 좋다. 회로는 인터넷 상에 널려 있는 버터워쓰 필터로 디자인 한다.

 튜닝 포크에서 나오는 전압은 매우 약하기 때문에 프리 앰프를 사용하여 어느 정도 증폭해줘야 한다. 증폭된 output 이 음귀환 회로의 입력 전압으로 들어가기 때문에, 음귀환 회로의 인풋 레인지만큼 증폭시켜야 할 것이다. 대략 우리가 흔히 쓰는 op-amp 의 입력전압이 -15V ~15V 이므로 이에 맞게 해준다.

 

 음귀환 회로는 PID 이다. 그러나 우리는 적분 회로만을 사용한다. 프리 앰프에서 나온 신호와 레퍼런스 전압(이는 가변 저항으로 조절할 수 있게 디자인한다) 를 디퍼런셜 앰프로 받는다. 디퍼련셜 앰프로 받은 전압을 적분 회로로 적분하여 출력한 후에, 그 출력을 피에조 스테이지의 Z축에 넣어주면 된다. 피에조 스테이지는 대략 전압이 0~100V 입력을 받으므로 고전압 앰프가 필요한 경우가 있다. 하지만 우리가 가진 피에조 스테이지는 대략 비싼 것으로, 고전압 앰프 없이도 사용할 수 있다. 100V 에 20um를 움직이므로 대략 10V 정도로 2um 의 움직임을 가질 수 있는 것이다. 샘플의 토폴로지가 어느 정도인지는 모르겠지만 2um 보다 러프한 경우는 극히 드물 것이다.