(22년) 중앙대학교 전자전기공학부 전자회로설계실습 예비보고서 10. Oscillator 설계

문서 내 토픽

• 1. Oscillator 설계

  이 실습에서는 OP-Amp를 이용한 Oscillator(신호발생기)를 설계 및 측정하여 positive feedback의 개념을 파악하고, 피드백 회로의 parameter 변화에 따른 신호 파형에 대해 학습한다. 설계 과정에서 OrCAD PSPICE를 사용하여 Oscillator 회로를 설계하고 시뮬레이션을 통해 출력 파형과 관련 파라미터를 분석한다. 또한 피드백 계수(β)와 피드백 저항(R)의 변화가 Oscillator 동작에 미치는 영향을 확인한다.

• 2. Positive Feedback

  이 Oscillator 회로는 Inverting bistable circuit과 RC 회로를 결합하여 Positive feedback을 이용해 사각파를 만들어낸다. OP AMP의 출력전압이 커패시터를 충전시키고, OP AMP의 minus input단의 전압(V-)이 점점 증가하다가 βL+가 되면 출력전압이 L-로 바뀌게 된다. 그 후 커패시터의 전압인 V-가 출력전압 VO보다 크므로 저항 R을 통해 방전하게 되며 V-는 감소하다가 βL-가 되면 다시 출력전압 VO가 L+로 바뀌게 된다. 이 과정이 반복되면서 사각파가 생성된다.

• 3. 피드백 계수(β)의 영향

  피드백 계수(β)가 작아지면(0.333) T1, T2, VTH, VTL 값이 줄어들고, 피드백 계수(β)가 커지면(0.666) T1, T2, VTH, VTL 값이 커진다. 즉, 피드백 계수(β)가 증가할수록 Oscillator의 주기와 진폭이 증가하는 것을 확인할 수 있다.

• 4. 피드백 저항(R)의 영향

  피드백 저항(R)이 줄어들면(0.5kΩ) T1, T2 값이 줄어들고, 피드백 저항(R)이 증가하면(2kΩ) T1, T2 값이 증가한다. 하지만 VTH, VTL 값은 R에 무관하게 거의 비슷한 값을 유지한다. 이를 통해 R과 T1, T2는 선형적인 관계가 있음을 알 수 있다.

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• 1. Oscillator 설계

  Oscillator 설계는 전자 회로 설계에서 매우 중요한 부분입니다. 오실레이터는 주기적인 신호를 생성하는 회로로, 다양한 전자 기기에서 사용됩니다. 오실레이터 설계 시 고려해야 할 주요 요소로는 주파수 안정성, 위상 잡음, 출력 전력 등이 있습니다. 이를 위해 적절한 회로 구성과 부품 선택이 필요합니다. 예를 들어 발진기 회로에서 적절한 피드백 네트워크와 증폭기 설계가 중요합니다. 또한 부품의 온도 특성, 노이즈 특성 등도 고려해야 합니다. 오실레이터 설계는 전자 회로 설계의 핵심 기술 중 하나로, 다양한 응용 분야에서 활용되고 있습니다.

• 2. Positive Feedback

  양의 피드백(Positive Feedback)은 전자 회로 설계에서 매우 중요한 개념입니다. 양의 피드백은 출력 신호의 일부를 입력 신호에 더해 증폭 효과를 얻는 것으로, 오실레이터 회로나 비교기 회로 등에 널리 사용됩니다. 양의 피드백을 통해 회로의 이득을 높이고 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 하지만 과도한 양의 피드백은 회로의 불안정성을 초래할 수 있으므로 적절한 피드백 계수 설정이 중요합니다. 또한 피드백 경로의 지연 시간이나 노이즈 등도 고려해야 합니다. 전자 회로 설계에서 양의 피드백은 매우 강력한 기술이지만, 신중하게 다뤄야 할 필요가 있습니다.

• 3. 피드백 계수(β)의 영향

  피드백 계수(β)는 전자 회로에서 매우 중요한 설계 변수입니다. 피드백 계수는 출력 신호의 일부가 입력 신호에 얼마나 많이 피드백되는지를 나타내는 값입니다. 피드백 계수가 클수록 회로의 이득이 높아지고 안정성이 향상됩니다. 하지만 과도한 피드백 계수는 회로의 불안정성을 초래할 수 있습니다. 따라서 회로의 용도와 요구사항에 맞는 적절한 피드백 계수를 선택해야 합니다. 예를 들어 오실레이터 회로에서는 피드백 계수가 1에 가까워야 지속적인 발진이 가능합니다. 반면 증폭기 회로에서는 피드백 계수를 적절히 낮추어 안정성을 확보해야 합니다. 피드백 계수의 선택은 회로 설계의 핵심 요소 중 하나라고 할 수 있습니다.

• 4. 피드백 저항(R)의 영향

  피드백 저항(R)은 전자 회로에서 피드백 경로의 저항 값을 나타내는 중요한 설계 변수입니다. 피드백 저항은 피드백 계수(β)와 함께 회로의 이득과 안정성에 큰 영향을 미칩니다. 피드백 저항이 작을수록 피드백 계수가 커지고 회로의 이득이 높아집니다. 하지만 과도한 피드백 계수는 회로의 불안정성을 초래할 수 있습니다. 따라서 회로의 용도와 요구사항에 맞는 적절한 피드백 저항 값을 선택해야 합니다. 예를 들어 오실레이터 회로에서는 피드백 저항을 적절히 조절하여 지속적인 발진을 유지할 수 있습니다. 반면 증폭기 회로에서는 피드백 저항을 낮추어 안정성을 확보해야 합니다. 피드백 저항의 선택은 회로 설계의 핵심 요소 중 하나라고 할 수 있습니다.