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1. 서론
오실레이터 설계는 다양한 전자 시스템에서 신호를 생성하는 데 중요한 역할을 한다. 이 연구에서는 OP-amp를 이용한 오실레이터 회로를 설계하고 분석하고자 한다. 먼저 Push-Pull 증폭기의 동작 특성을 이해하고 Dead zone 및 Crossover distortion 현상을 파악한다. 이를 바탕으로 OP-amp를 활용하여 오실레이터 회로를 설계하고, 피드백 인자(β) 및 피드백 저항(R)의 변화에 따른 영향을 분석한다. 실험을 통해 오실레이터 회로를 구현하고 PSPICE 시뮬레이션 결과와 비교하여 회로 파라미터 변화에 따른 특성을 확인한다. 이를 통해 오실레이터 회로 설계 및 분석 능력을 향상시키고자 한다.
2. 오실레이터 설계
2.1. 주요 목적 및 실습 준비물
본 실습의 주요 목적은 R_L=100 ohm, R_bias=1k ohm, V_CC=12V인 경우의 Push-Pull 증폭기 동작을 이해하고, Dead zone과 Crossover distortion 현상을 파악하며 이를 제거하는 방법을 실험하는 것이다. 실습에 필요한 준비물로는 Function Generator 1대, Oscilloscope(2channel) 1대, DC Power Supply(2channel) 2대, DMM 1대, NPN Transistor 2N3904 1개, PNP Transistor 2N3906 1개, Resistor 저항 1㏀ 1개, Resistor 저항 100 ohm 1개, UA741cp opamp 1개 등이 있다.
이를 통해 Push-Pull 증폭기의 특성과 OP-amp를 이용한 Crossover distortion 개선 방법을 학습할 수 있다. 또한 Push-Pull 증폭기의 전력 손실 분석을 수행하여 설계 시 고려해야 할 사항들을 이해할 수 있다.
2.2. Push-Pull 증폭기 특성 실험
2.2.1. 입출력 특성과 Dead zone 현상
Push-Pull 증폭기의 입출력 특성을 살펴보면, 입력전압의 절대값이 특정 전압 이상이 되지 않으면 출력전압이 0에서 움직이지 않는 Dead zone 현상이 관찰된다. 이는 v_i=0인 경우 두 BJT가 모두 Cut-off 모드로 동작하여 출력전압이 0이 되기 때문이다. 입력전압이 증가하다가 특정 전압 이상이 되면 BJT가 포화 영역에 도달하면서 출력전압이 선형적으로 증가하게 된다. 그러나 이러한 Dead zone 현상은 OP-amp를 이용한 피드백 회로를 구성하면 효과적으로 제거할 수 있다. OP-amp의 (-) 입력단자에 Push-Pull 증폭기의 출력을 연결하면 Dead zone이 개선되는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 Push-Pull 증폭기의 입출력 특성과 Dead zone 현상을 이해할 수 있다.
2.2.2. Crossover distortion 개선을 위한 OP-amp 피드백
그림 2(a)의 회로처럼 Push-Pull 증폭기 출력으로부터 OP Amp의 음(-) 입력단자로 피드백을 시킨 회로를 구성하였다. 이때 부하저항(RL)은 100 ohm, 바이어스 저항(Rbias)은 1 k ohm으로 설정하였다. 이에 대해 PSPICE 시뮬레이션을 수행하였는데, 시뮬레...
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