본문내용
1. 발진 회로의 이해
1.1. 발진기의 정의
발진기는 전원이 인가된 상태에서 외부의 입력신호 없이 회로 자체의 동작에 의해 특정 주파수의 신호(정현파, 구형파, 삼각파, 톱니파)를 생성하는 회로이다. 발진기는 전기 진동을 발생시키는 회로로, 외부의 입력 없이 회로 자체에서 교류 파형(파형)을 얻을 수 있다. 발진기는 능동 디바이스의 출력 신호의 일부를 입력측에 정귀환(positive feedback)시키는 형태를 취하여, 안정된 진동 상태를 유지한다. 이를 통해 발진기는 회로 자체의 동작으로 특정 주파수의 신호를 지속적으로 생성할 수 있는 것이다.
1.2. 발진기의 종류
1.2.1. 귀환 발진기
귀환 발진기는 출력 신호의 일부분이 위상변이 없이 입력으로 인가되어 출력을 강화하는 발진기이다. 증폭기 출력의 일부가 위상변위 없이 입력에 되돌려지므로 출력을 보강할 수 있다. 구성은 증폭기와 정귀한 회로(위상변이와 감쇠)로 이루어져 있다.
발진 조건은 위상 변위가 0도이고 폐루프 이득이 1(≒ A_V*B)이 되어야 한다. 시동(Start-up) 조건은 직류전원 인가 시 Acl > 1일 때 출력이 원하는 레벨까지 증가하면 출력을 일정하게 유지하도록 Acl = 1로 감소하여 유지하는 것이다.
따라서 귀환 발진기는 출력 신호의 일부를 위상변이 없이 입력에 되돌려 보강하는 구조로, 발진을 위한 조건으로 위상 변위 0도와 폐루프 이득 1을 만족해야 하며, 초기 시동 시 Acl > 1로 시작하여 발진 후 Acl = 1을 유지하는 방식으로 동작한다.
1.2.2. 이완 발진기
이완 발진기는 RC 회로를 사용하여 구형파 등과 같은 정현파 이외의 파형을 발생시키는 발진기이다. 귀환 발진기와 달리 이완 발진기는 귀한회로를 사용하지 않는다. 대신 슈미트 트리거 회로나 저항을 통한 캐패시터의 충전과 방전을 위한 소자를 사용하여 구성된다.
슈미트 트리거 회로는 "1"(HIGH)와 "0"(LOW)신호가 잡음이 섞여서 신호가 전달될 때 정확한 신호가 가기 위한 회로이다. 이완 발진기에서는 슈미트 트리거 회로를 활용하여 파형을 정형한다.
이완 발진기는 정현파 이외의 다양한 파형을 발생시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만 귀환 발진기에 비해 주파수 정밀도가 낮다는 단점이 있다.
1.3. 발진기의 최대 발진 주파수
발진기의 최대 발진 주파수는 발진기의 종류에 따라 차이가 있다. 일반적으로 다음과 같은 주파수 범위를 가진다.
윈 브리지 발진기(Wien-bridge oscillator)는 가장 대표적인 정현파 발진기로, 보통 1MHz 이하의 주파수 범위에서 사용된다. 이 발진기는 비교적 낮은 주파수 대역에서 안정되고 왜곡이 낮은 정현파 발진이 가능하다.
위상 천이 발진기(Phase-shift oscillator)는 윈 브리지 발진기보다 약간 높은 주파수 범위인 200-300kHz까지 사용될 수 있다. 위상 천이 발진기는 RC 소자를 이용해 180도 위상차를 만들어 발진하는 방식으로, 윈 브리지 발진기에 비해 주파수 범위가 더 높다.
LC 발진기는 수 MHz 대역의 주파수까지 발진이 가능하다. 코일과 캐패시터로 구성된 공진 회로를 이용하기 때문에 높은 주파수 범위에서도 안정적인...
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