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전자공학실험 23. 빈브리지 발진회로 예비

23. 빈 브리지 발진기 회로 실험 예비 레포트Ⅰ. 실험 목적본 실험은 정현파 출력을 발생시키기 위하여 저항 R과 커패시터 C로 구성된RC회로를 궤환회로로 사용하는 빈브리지 발진기의 구성과 동작원이를 이해하고 이를 실험적으로 확인한다.Ⅱ. 이론ⅰ) 발진기의 개념 및 동작원리발진기란 그림 23-1에 나타낸 것과 같이 외부로부터 공급되는 직류전원으로부터 교류를 발생시키는 기기라 할 수 있으며, 발생되는 교류파형의 형태에 따라 정현파 혹은 비 정현파 발진기로 분류된다.발진기는 외부로부터 어떠한 신호도 입력이 되지 않으므로 자체적으로 입력을 공급하지 않으면 안 된다. 따라서 발진기는 본질적으로 출력이 출력자신을 증가시키는 방향으로 궤환 되어지는 정궤환을 이용하게 되는데 이에 대해 언급한다. 정궤환은 증폭기의 출력의 일부가 위상천이나 출력의 보강 없이 입력으로 궤환 되는 것을 의미하며 그림 23-2에 개념도를 도시하였다. 그림에서 알 수 있듯이 동상의 궤환전압V _{f} 가 증폭이 되어 출력이 되고, 다시 궤환전압이 되므로 루프회로는 연속적인 정현파를 만들어 낸다. 이를 발진이라 한다.그런데 그림 23-2에서 나타낸 것처럼 발진이 유지되려면 먼저 다음의 2가지 조건이 만족되어야 하며, 이를 그림 23-3에 도시하였다.ⅰ) 궤환루프의 위상천이가 0이어야 한다. 이는 증폭기의 출력이 증가되는 방향으로 궤환이 이루어진다는 것을 의미한다.ⅱ) 전체 폐루프의 전압이득A _{cl}이 1이어야 한다. 여기서 전체 폐루프 전압이득은 증폭기의 전압이득과 감쇄율과의 곱이다.그림 23-3에 나타낸 발진이 일어나기 위한 조건에 대해 자세하게 살펴보면 다음과 같다. 발진조건 1에서 만일 궤환루프 위상천이가 0이 아니라면 출력 신호와 궤환되어 다시 출력측에 나타난 신호사이의 위상차이로 인해 궤환이 계속됨에 따라 서로 소멸되는 방향으로 합쳐지므로 그림 23-4(a) 와 같이 출력이 점차 소멸하게 된다.한편, 위상천이는 0이라 하더라도 폐루프 이득이 1보다 작은 경우는 원래의 신호에 비해 진폭이 감소한 신호가 나타나므로 이 역시 궤환이 계속됨에 따라 그림 23-4(a)와 같이 점차 출력이 소멸 된다.그리고 위상천이가 0이라 하더라도 폐루프 이득이 1보다 큰 경우는 원래의 신호에 비해 진폭이 증가한 신호가 나타나므로 궤환이 계속됨에 따라 그림 23-4(b)와 같이 점차 출력이 증가한다.따라서 위상천이가 0이고 폐루프 이득이 1이 되어야만 원래신호와 궤환을 거쳐 나타난 신호가 크기와 위상이 같기 때문에 이득이 1이 되어야만 원래신호와 궤환을 거쳐 나타난 신호가 크기와 위상이 같기 때문에 그림 23-4(c)와 같이 출력이 소멸되지도 않고 증가 하지도 않는 일정한 상태가 유지될 수 있을 것이다.ⅱ) 빈 브리지 발진기빈 브리지 발진기는 정현파 출력을 발생시키는 RC 궤환발진기이며, 궤환회로로서 저항 R과 커패시터 C로 구성된 RC 회로를 사용한다.빈 브리지 발진기는 그림 23-5와 같이 위상선행 회로와 위상지연 회로를 결합한 위상선행-지연 회로를 궤환회로로 사용한다.그림 23-5에서 입력전압과 출력전압의 비율 페이저로 표현하면 다음과 같다.{V _{0}} over {V _{i}} = {R PVER (-jX _{C} )} over {R-jX _{C} +R PVER (-jX _{C} )} = {1} over {sqrt {9+(X _{C} /R-R/X _{C} ) ^{2}}} ANGLE theta ---- (23.1)여기서 위상theta 는 다음과 같다.theta =tan ^{-1} ( {X _{C} /R-R/X _{C}} over {3} ) ---- (23.2)그림 23-5에 대한 주파수 응답특성을 그림 23-6에 도시하였다. 식(23.1)과식(23.2)에서R=X _{C}의 관계가 성립하면,��V _{0} /V _{i} �箏� 1/3로 최대가 되고위상theta 는 0이 된다. 이때 주파수f _{r}은 다음과 같이 주어진다.f _{r} = {1} over {2 pi RC}그림 23-5에서 접선내에 있는 RC 회로는 진상 회로이고, 점선밖의 RC 회로는 지상이다. 낮은 주파수 에서는 점선내의 커패시터의 높은 리액턴스로 인해 진상회로가 우세하고 주파수가 증가함에 따라 점선내의 커패시터의 리액턴스가 감소하여 출력이 증가하게 되므로 지상회로가 우세하게 된다. 그림 23-6의 주파수 응답곡선을 참고하라.그림 23-7(a)에 위상선행-지연 회로를 궤환회로로 사용하는 빈 브리지 발진기를 나타내었으며, 그림 23-7(b)는 이에 대한 등가회로이다. 그림 23-7(a)에서 상단 점선부분은 비반전증폭기이므로 전압이득은 다음과 같이 결정된다.A _{v} = {R _{1} +R _{2}} over {R _{1}} =1+ {R _{2}} over {R _{1}}그림 23-7(b)의 등가회로에 대해 발진이 일어나기 위한 조건을 검토해 본다.회로가 발진이 일어나기 위해서는 정궤환 루프의 위상천이가 0이고 폐루프 이득이1 이어야 한다.먼저 주파수가f _{r}일 때 진상-지상회로를 통한 위상천이가theta DEG 이고 연산증폭기의비반전입력에서 출력측으로 위상차가 발생하지 않기 때문에 그림 23-8(a)에서처럼 정궤환 루프의 위상천이는 0DEG 가 된다. 또한 주파수가f _{r}일 때 진상-지상회로의 이득이 1/3 이므로 전체 폐루프 이득이 1이 되기 위해서는 증폭기 이득A _{cl}은 그림 23-8(b) 와 같아야 한다. 즉,A _{cl} =3 ---- (23.5)식(23.5)의 관계가 만족되기 위해서는 그림 23-7(b)의 회로에서R _{1} =2R _{2} 의 관계가 만족되어야 한다. 결국 빈 브리지 발진기에서R _{1} =2R _{2} 라는 조건이 만족되도록 하면, 주파수가f _{r} 인 경우 정궤환 루프의 위상천이가 0DEG 가 되고 폐루프이득이 1이 되므로발진조건을 만족한다.그림 23-9에 나타낸 것처럼 발진이 일어날 때 까지는 증폭기의 폐루프 이득A _{cl}이 3보다 커야하고, 발진이 일정하게 유지되기 위해서는 정체 루프이득이 1이 되도록 증폭기의 이득이 3으로 감소되어야 한다. 이를 그림 23-9에 도시하였다.

공학/기술| 2020.11.12| 8페이지| 2,000원| 조회(193)

전자공학실험, 발진, 발진기 회로, 빈브리지

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