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이상형 발진기에 대한연구

◁ 목차 ▷I. 서론1-1. 연구의 필요성1-2. 역사적 배경II. 본론2-1. 발진기의 이론적 해석2-1-1. 발진기의 원리2-1-2. 발진파형에 따른 발진기의 분류2-1-3. 발진의 기초2-2. CR발진기에 대한 해석 및 특성2-2-1. CR 발진기 회로2-2-2.이상형 병렬 R형 발진기의 특징III. 실험 및 고찰3-1. 실험과정3-2. 브레드 보드에 의한 구성3-3. 실험결과1IV. 결론참고문헌I. 서론1-1. 연구의 필요성1). 발진의 원리를 이해할수 있다.2). 병렬저항형 발진기를 만들어 위상의 변화를 알 수 있다.1-2. 역사적 배경전파는 오래 전부터 이 지구의 공간에 번개가 칠 때마다 존재하고 있었지만. 옛날 사람들은 전파가 존재하고 있다는 사실을 아무도 깨닫지 못했고, 상상조차 하지 못했다.그런데, 1889년, 독일의 헤르츠가 금속구에다 고전압을 가하여 불꽃방전을 발생시킴으로써, 사상 처음 인공적으로 전파를 만들어내는 데 성공했다. 헤르츠가 생각해 낸 불꽃 방전에 의한 전파는 파장이 66 [cm]의 감폭진동파였다.그후 미국의 드·포레에 의하여 3극진공관이 발명되었으며, 이에 따라 지속적인 고주파진동전류를 만들어낼 수가 있었고, 전파도 안정된 지속진동파를 얻을 수 있게 되었다.이와 같은 지속적인 고주파전류를 만들어 내는 회로를 발진회로라 하며, 이 발진회로는 전파를 발사하는 무선송신기나, 라디오, 텔레비전, 이동통신측정기 등에 널리 이용되고 있다.II. 본론2-1. 발진기의 이론적 해석2-1-1. 발진기의 원리발진이란 외부로부터의 입력신호가 없어도 회로 자신이 연속적으로 교류신호를 발생하는 것을 말한다.발진기는 직류전원으로부터 전력을 공급받아 교류 출력신호를 지속적으로 발생시키는 전자회로인 신호 발생기로 라디오 텔레비젼 수신기와 송신기같은 분야에서 다양하게 사용된다.또다른 응용분야에서는 발진기의 교류 신호가 전자시스템을 통해서 시간 또는 동기를 일치시키는데 이용디는데 증폭기처럼 어떤 발진기는 고주파 발진기로 몇 백 MHz에서 발진을 하는 반면, 단지 몇 Hz에서 발진하도록 설계되기도 한다.발진기는 일반적으로 회로 내에 사용되는 소자들이 결정하는 주파수를 기초로 해서 LC발진기, 수정발진기, RC 발진기와 같은 3가지 기본적인 그룹으로 분류되어진다.2-1-2. 발진파형에 따른 발진기의 분류{정현파 발진기LC 발진기동조형 반결합컬렉터 동조형이미터 동조형베이스 동조형하틀리 및 콜피츠 발진기수정발진기피어스 CB형, 피어스 BE형, 무조정 발진기CR발진기이상형, 빈 브리지형부성저항발진기비정현파 발진기멀티 바이브 레이터블록킹 발진기톱니파 발생기2-1-3. 발진의 기초기본은 증폭회로이다. 여기에 정궤환회로와 고유주파수를 유지하도록 하는 장치가 부가 된 것이다. 궤환회로는 유도성, 용량성, 저항성 중 어느 것이라도 될 수 있다.궤환되는 에너지는 그 크기와 위상이 일정하여야 한다. 그래야 발진이 지속되기 때문이다.고유 주파수의 발진을 유지하는 장치로서 LC회로가 들어간다. LC병렬 공진회로는 충전과 방전을 번갈아 하며, 그 교번주파수가 발진주파수이고 양단에 나타나는 전압이 발진 출력인 것이다. 이 신호가 증폭기으 입력으로 들어가는 것이다. 이 발진신호는 LC병렬회로에 분포되어 있는 내부저항(누설저항) 때문에 peak-to-peak치가 차차 줄어들므로, 출력의 일부를 피드백시켜 peak-to-peak치를 유지시켜 준다.2-2. CR발진기에 대한 해석 및 특성2-2-1. CR 발진기 회로전자 시스템 내에서 수정발진기와 LC발진기가 중간 주파수와 고주파의 사인파를 발진시키는데 사용되는 것을 확인하게 된다. 이런 두 종류 발진기 사이의 선택은 두 가지 인자인 주파수와 안정도와 가격에 의해서 결정된다.만약 주파수의 안정도가 가장 중요하다면 수정발진기가 사용되고 주파수의 안정도가 무시된다면 값싼 LC 발진기가 사용될 것이다.낮은 음성 주파수를 발진시키기 위해서 이런 발진기 회로들을 사용하는 것은 실용적이지 못하다. 저주파에서 음성동조탱크 회로용으로 필요한 인덕터는 대단히 크다. 따라서 저주파용 LC 발진기는 크기가 크고 가격은 비싸다.수정발진기에서 수정의 물리적 크기는 단지 발진주파수를 50kHz나 그 이상을 요구하는 경우에 사용되는 것만이 실용적으로 제작되어진다. RC 발진기가 LC 또는 수정발진기 보다 더 안정적이지 못할지라도 가격이 싸고 우리가 10kHz 이하의 저주파 발진을 필요로 하는 경우에는 이상적이다.2-2-2.이상형 병렬 R형 발진기의 특징출력단에 저항을 병렬로 접속하고 콘덴서를 이용하여 CR회로를 여러단 연결하여 출력에서 위상을 180˚(π)바꾼 다음에 궤환시켜서 발진한다.{{ 이상형 병렬 R형 발진기1발진 주파수, f에서 hoeRc≤0.1이라면, 궤환 저항 R1, R2, Re를 무시하고, 회로내의 R과 C는 모두 동일 하다면, If = Ib가 성립한다.{{{허수부가 j가 '0'이 되어야 발진하므로,{이된다.∴발진 주파수 {f={ 1} over { 2 pi CR SQRT { {6}_{ }+ { 4R}_{c} / { R}_{ } } }[Hz] 또는 {omega ={ 1} over { RC SQRT { {6}_{ } } }[Hz] 2 발진을 위한 이득(hfe)의 조건실수부가 발진 조건 Aβ = Hfe·β = 1을 만족시켜야 하므로,{{{{발진을 위해서 요구되는 hfe의 최소값은 {{ { R}_{c } } over { { R}_{ } }에 관하여 미분한다.∴ hfe≥29 (즉, 증폭도가 29 이상이어야 발진한다.){ RC 이상형(위상-변환) 발진기3개의 60˚ 위상변환 회로가 직렬로 결합된 회로망에서의 위상변화는 180˚가 될 것이라는 사실을 알 수 있다. 이런 180˚위상변화는 정확히 발진기에 정귀환으로 작용하게 된다.이런 회로가 컬렉터 출력과 공통 이미터 증폭기의 베이스 입력사이에 있다면, 그 결과는 (c)에 표시된 것과 같은 위상-변환(이상형) 발진기가 구성된다.트랜지스터 Q1은 보통 40에서 50사이의 전압이득을 갖기 때문에 RC 위상-변환(이상형) 회로에서의 전력 손실을 보상할 수 있다전압이 처음으로 회로에 인가될 때 바이어스 저항 R4와 R5는 트랜지스터 Q1을 도통시키는데, 결과적으로 트랜지스터 Q1의 컬렉터에서 전압강하가 발생된다.트랜지스터 Q1의 컬렉터에서 전압강하는 180˚ RC 위상-변환회로에 의해서 트랜지스터 Q1의 이미터 전압의 증가로 변환되고 트랜지스터 Q1을 포화상태로 만드는 트랜지스터 Q1에 인가된 순방향 바이어스를 증가시킨다. 트랜지스터 Q1이 포화될 때 트랜지스터 Q1의 컬렉터에서의 전압은 어떠한 변화도 없다.따라서 Q1의 베이스가 차단되기 시작하고 컬렉터 전압이 증가한다. 컬렉터 전압의 증가는 베이스 전압감소로 반전되고 Q1의 순방향 바이어스를 감소시킨다. 컬렉터 전압이 +VCC가 될 때 베이스 전압은 반대로 되거나 0V되고 바이어스 저항 R4와 R5는 Q1을 도통시키는데 충분한 베이스 전압을 제공한다.Q1이 도통되면 컬렉터의 전압은 감소되고 위 회로에 의해서 베이스의 전압은 다시 증가한다. 이것은 Q1에 인가되는 순방향 전류를 증가시키고 다시 Q1을 포화시키게 된다. 그때 발진기의 동작은 출력에서 사인파를 발진시키고 Q1의 컬렉터 전압의 상승과 하강을 지속적으로 반복하게 된다.이러한 원리로 발진을 하게 된다. 보통 이 회로는 고정된 주파수 발진기로 사용된다.발진주파수의 안정성을 증가시키기 위하여 위 회로는 4개의 45˚RC회로 또는 6개의 30˚RC회로를 채용하고 이들을 결합하여 180˚의 위상변화를 제공하여 이상형 발진기를 만든다. 이러한 이유는 구성소자의 노화와 온도변화로 발생하는 주파수 편차를 감소시킬 수 있기 때문이다.{III. 실험 및 고찰3-1. 실험과정1). 과 같이 회로를 결선하고, 10[V]의 전원을 인가한다.{2). A, B, C, D, E, F 각점을 오실로스코프로 측정하여 파형을 관찰한다.{ 이상형 회로3-2. 브레드보드에의한 회로구성도{브레드보드의 특성을 이용하여 위와 같은 회로를 구성하고 10[V]Vcc 전원전압을 인가한다{위 가변저항(1K)을 이용하여 발진을 일으킬 수 있다.3-3. 실험결과{Time/div=0.5ms의 A점에서 위와 같은 파형의 발진이 일어난다.{Time/div=0.5ms위의 파형은 의 A점의 파형이고 아래의 파형은 A점 파형에 위상이 60。앞선 B점의 파형이다.{Time/div=0.5ms위의 파형은 처음 입력된 파형이고 아래의 파형은 B점의 파형보다 60。앞선 C점의 파형이다.{Time/div=0.5ms처음입력과 180。반전되어 출력되는 파형을 볼 수 있다.{의 I2 값{의 I1 값위 그림으로 보아 알 수 있듯이 I1의 값은 0.006 [mA]이고 I2의 값은 2.12[mA]이다.발진은 바크하우젠 발진방식에 의해서 이루어진다. A는 이득이고 B는 감쇠비이다. AB=1일 때 발진이 일어난다. A=-29이고 B는 1/29이다. 여기서 B는 0.03정도이고 I1/I2이다. 위 전류값을 I1/I2공식에 대입하면 0.03의 값이 나온다.{ 이미터 플로워위와 같은 180。반전된 파형이 이미터 플로워에 인가된다. 여기서 이미터 플로워에 특성을 살펴보도록 하겠다.1 전류이득은 이미터 저항을 갖는 증폭기와 비교하여 변화가 없으나.2 전압이득은 1보다 적고, 위상은 동일하며,3 입력임피던스는 대단히 크며,4 출력임피던스는 입력임피던스에 비해서 적으므로, 입·출력임피던스가 다른 두 개의 증폭기를 무리 없이 연결할 수 있는 임피던스 정합이나 완충증폭기용으로 사용된다.{{이미터 플로워의 입력저항 값(100K){{{이미터 플로워의 출력저항 값(130)위 그림과 같이 이미터 플로워는 입력임피던스가 높고 출력임피던스는 낮아 임피던스 변환기에 사용된다.{{Time/div=0.5ms(이미터 플로워의 입력과 출력위상)

공학/기술| 2003.06.09| 17페이지| 1,000원| 조회(1,612)

발진기, RC발진기, 이상형발진기

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