1.실험목적전원회로의 중요성과 안정화 전원의 구성방식 및 동작원리를 이해시키는데 있다.2.관계이론[전압 안정화의 원리]정전압은 입력전압 출력 부하전류 그리고 온도에 무관하게 일정한 직류 출력전압을 제공하는 회로로서 정전압 전원회로에 인가되는 입력 전압은 교류전압을 정류기를 통해 출력된 직류 출력이거나 건전지등을 이용한다.정류과정과 평활과정을 통해 얻은 직류 출력전압은 부하의 변동 또는 입력전원의 변동에 의해 일정한 전압을 얻기란 어렵다. 이 문제를 해결하기위해 정전압회로가 필요하다. 그래서 정전압 회로를 안정화전원이라고도 한다.직류전압원(Vs)이 일정하고 부하저항이 변동해서 출력전압 Vdc가 증가했을 경우 그림의 a회로에서 가변저항 Rv를 증가시키거나 b회로에서의 가변저항 그 원리를 전압방정식으로 설명하면그림 a) 직렬형의 경우는직류전압원 (Vs) = VRS+VRV+VRL병렬형의 경우는직류전압원 (Vs) = VR+V(S//RL) 가 되도록 하는 관계가 성립한다.VL = f( Vs, IL, T )△Vc = Sv△Vs - RL△IL + ST△T여기서 △Vc의 계수 Sv, RL 및ST의 관계식은 다음과 같이 구할 수 있으며 계수값을 가능하면 적도록 설계한다.직렬제어형 정전압회로의 동작원리는 제어요소가 직렬통과 트랜지스터이며 출력전압 Vo변화에 의해서 콜렉터 전류가 변하고 그 결과 Q1의 베이스 전압을 변화시키므로 직류 내부저항을 조정한다.제너 다이오드는 정전압 다이오드로 전류에 관계없이 기준전압을 일정하게 유지하는 기준부 역할을 하며 Q2는 검출 및 증폭용 트랜지스터로 사용되며 R4의 A점을 변화시키면 이대 나타나는 현상은 부분전압이 증가하면 기준전압과의 차전압이 커져서 Q2의 Ic가 증가하게 된다.한편 Q1의 콜렉터 전류의 변화는 Q2의 Ic증가에 따라 감소되고 Q1의 콜렉터 전류는 적게 된다. 따라서 Q2의 VCE는 감소된다. 즉 기준전압의 차전압만큼 Q1에서 더 증폭하게 된다. 이 결과 Q1의 콜렉터 전류의 변화는 Ic1에 더 흘러 Q2의 베이스 전압은 적어지게 되고 Ic2는 감소 출력전압은 원래의 전압으로 되돌아가 유지된다.따라서 R1이 감소하기 때문에 B점의 전위는 증가한다.병렬제어형 정전압회로의 동작은 제어요소는 부하와 병렬로 구성된 트랜지스터로서 전압이 감소하면 제너 다이오드에 의해서 VBC는 일정하고 VBE의 다이오드가 순 바이어스이기 때문에 VBE전압이 감소되어 IB가 감소하고 IE = IB + IC에서 IB의 감소는 IE의 감소 R1의 전압 VR1도 감소되며 Vo의 감소가 보상되므로 Vo는 일정하다.R1과 RL이 직렬 제어형보다 효율이 나쁘다. 또한 부하전류변동이 작은 경우 R1을 작게 할 수 있다.여기서 직렬제어형과 병렬제어형의 특징 및 정전압회로를 비교하면 먼저 직렬형 정전압회로의 특징으로는 안정화 전원에는 일반적으로 직렬형 정전압 회로를 주로 사용한다. 제어형 트랜지스터와 부하가 직렬로 접속되어 있으며 경부하시에는 병렬형보다 효율이 앞선다.또한 출력전압을 광범위하게 바꾸는 것이 가능하며 병렬형 정전압회로의 특징은 제어용 트랜지스터와 부하가 병렬로 접속된 소전류이라는 것이다. 부하변동이 적은 경우에 증대한다. 또한 출력 단자가 단락되어도 제어 소자가 파손될 염려는 없다.정전압회로의 기준전압에 대한 경우로 출력 전압이 규정값인가의 여부를 판단하려면 기준전압을 설정해서 안정화 전원에 기준값으로서 안정한 전압을 이용한다.정전압 전원회로에서는 출력 전압을 분압회로에 따라 분압하고 각각 기준 전압과 비교하여 출력이 변화하면 그 변화 부분만을 전압으로 나오게 하여 오차 증폭기의 입력신호가 되게 하기 위해서 비교회로가 필요하다.따라서 정전압 정류회로와 일반 정류회로의 차이점은 평활회로를 사용한 일반 정류회로는 평활회로를 사용한다 해도 전원전압의 변동이나 부하 전류 또는 온도의 변화에도 출력 전압이 변동하여 안정화된 전원이 되지 못한다는 것이다.제너 다이오드나 트랜지스터를 정전압 정류회로 소자로 구성하면 부하 전류의 변화 전원 전압의 변동 온도의 변화에도 출력 전압의 변동을 자동적으로 방지하여 거의 일정한 직류 출력 전압을 얻는다.[참고자료]전자공학 박상현. 이현수. 홍성찬 공저 전자회로 실험 민승기 저
1. 실험목적RC 발진기 대신 크리스탈 수정발진기의 발진 원리를 이해하고 발진기의 동작원리와 주파수 특성 등을 알고 여타 발진기와 비교, 안정성 등을 익힌다.2. 관계이론[피어스 발진회로]에미터와 베이스 사이에 수정진동자를 넣은 회로로 하틀리 발진회로와 동작원리가 유사하다. 수정편은 유도성으로 동작하므로 부하의 병렬 공진회로가 유도성 성분으로 동작되도록 해야한다. 따라서 발진주파수의 안정을 위해 공진점의 위치보다 낮은 주파수로 발진이 일어나도록 설계한다.수정진동자의 주파수와 L2C2동조회로의 공진주파수가 거의 같으면 수정진동자에서의 미약한 진동전압을 증폭한다.이때 동조회로 양단에서 높은 전압이 걸리는데 이 전압은 콜렉터와 베이스 사이의 전극간 용량을 통해 수정편 쪽으로 귀환될 때 바린이 분비되며 C1과 수정진동자의 용량성을 고려해서 발진주파수를 동진회로 L2C2의 주파수보다 낮게 하면 유도성 상태로 발진한다.콜렉터와 베이스 사이에 있는 수정진동자에 의해 유도성이 되고 에미터와 베이스 사이에 존재하는 전극간 용량에 의해 용량성이 함께 발진한다.그러므로 동조회로 LC의 공진주파수를 발진주파수보다 조금 낮게 하면 용량성이 되어 발진한다. 또한 콜렉터 회로의 공진주파수는 발진주파수보다 약간 낮은 주파수에서 동조시키면 발진한다.피어스 BC형은 주로 송신기에서 이용한다.[수정 발진회로]LC발진회로는 여러 원인에 의해서 발진주파수가 변동하기 때문에 발진주파수를 일정하고 안정하게 유지하기가 어렵다. 그래서 LC발진회로의 일부를 전기적 진동을 하는 수정진동자를 이용하면 발진주파수의 안정도를 우수하게 만들 수 있다. 이 발진회로를 수정 발진회로라 한다.수정 발진기는 일반적으로 압전현상을 이용한 발진기로써 통신용 송.수신기 표준형 측정기기등의 정밀도가 높은 것을 요구하는 발진회로에 사용한다.수정발진기의 주파수 및 리액턴스 특성으로 수정 진동회로에 나타난 저항 R은 매우 작기 때문에 무시하면 수정 발진기는 fo에 매우 가까운 유도 리액턴스의 범위에서 동작시키고 있다.Q가 매우 크기 위해서는 Co값이 매우 작아야 한다. 따라서 B = fo/Q관계에서 Q가 크면 B(유도성 범위)는 매우 좁아진다.수정 발진회로의 발진 주파수는 수정진동자의 공진주파수로 결정되며 수정발진기의 주파수 변동은 수정진동자의 Q가 매우 크기 때문에 온도에 의한 진동자 자체의 공진주파수의 변화가 절대적이다.jX ① ② ③직렬회로곡선용량성 용량성fo ff유도성직렬공진주파수 병렬공진주파수-jX리액턴스 특성수정발진기의 안정도가 좋은 이유는 수정진동자의 Q가 매우 크고 수정진동자가 기계적으로나 물리적으로 안정하며 주파수 안정도가 우수하다.그리고 수정진동자의 발진조건을 만족하는 유도성 주파수 범위가 매우 좁고 주위온도의 영향이 적다. 또한 수정발진기는 유도성 동작상태에서 가장 안정된 발진을 한다. 여기서 수정 발진자의 진동주파수는 수정발진자의 밀도를 d 거리를 l이라고 하면 수정발진자의 고유주파수 f는 Y/2ld로 나타낸다.수정발진기의 발진주파수 변동을 방지하기 위한 대책으로는 부하와의 사이에 완충증폭기를 설치 Q를 높은 진동자로 사용 그리고 정전압회로를 사용하여 콜렉터 전압을 안정하게 한다.
1. 실험목적RC Wien-bridge 발진기의 동작원리를 이해하고 발진 특성에 대하여 조사한다.2. 관계이론[ RC 발진회로 ]RC발진회로는 시정수에 의해서 발진되는 발진회로로서 가청 주파수대 이하의 주파수를 안정 하고 깨끗한 파형으로 만들 수 있는 정현파 발진능력을 가지며 LC발진회로에 비해 저주파 발진용으로 적합하며 증폭용 트랜지스터는 A급 으로 사용하는 경우가 있다.특히 전압이득과 밀접한 관계를 가지고 동작을 한다.RC발진회로는 LC동조회로를 이용하지 않기 때문에 발진 주파수가 CR의 시정수에 의해 정해 지며 저주파 용이므로 전극간 용량은 무시되며 주파수의 안정도는 내부 저항의 영향에 의한다.㈀ 이상형 발진회로이상형 병렬 R형 발진회로는 콜렉터측의 출력전압을 콘덴서 C와 저항R 을 이용해서 위상을 바꾸어 베이스에 정귀환을 걸어주는 발진회로이다.이상형 병렬 R형 발진회로는 병렬저항으로 고역통과형이 된다.즉 저주파 발진기의 출력 파형을 정현파에 가깝게 하기 위해 일반적으로 이용되는 회로가 고역 통과 필터이다. 왜냐하면 발진파형이 정현파와 먼 왜곡이 발생한 파일의 경우에는 기본파 외에 많은 고조파 성분이 포함되어 있기 때문이다.이상형 병렬 C형 발진회로는 R형에 이용된 저항과 콘덴서의 위치를 바꾼 형태로 동작원리는 R형과 유사하며 다만 발진주파수에 형태가 약간 달리 나타나는 것 외에는 R형과 동일하다.이상형 병렬 C형 발진회로에 이용되는 트랜지스터의 회로를 에미터 폴로워를 이용한다면 FM발진기로 이용이 가능하며 가변 발진기로의 사용은 어렵지만 분포정수를 이용하고 대지 용량을 사용하게 되면 가변 주파 발진기의 설계가 가능하다.㈁ Wien-bridge 형 발진회로부귀환 회로에 평형 브리지를 이용해서 주파수 선택성을 갖도록 증폭기를 이용하고 정귀환에 의해서 정현파의 발진을 하면 주로 A급으로 동작시킨다. 또한 가변 발진기 사용이 용이하면 전압이득과 밀접한 관계가 있다.발진 주파수와 발진이득 조건을 고려하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.RC결합 2단 증폭회로의 출력은 브리지 입력에 양.음 귀환이 인가된 회로이며 귀환전압 V2는 R1,C1 의 직렬회로와 R2, C2의 병렬 회로로 분압되어 입력전압 V1으로 되기 때문 에 다음과 같다.전압분배 법칙을 적용하면 다음과 같이 구할 수 있다.V1 = Z2V2 / [Z1 + Z2]여기서Z1 = R1 + { 1 / [jwC1] } Z2 = R2 / [1 + jwC2R2]V2 / V1 = { 1 + [R1/R2] + [C1/C2] } + j{ WC2R1 – [1/WC1R2] }V1과V2 가 동위상이 되게 하기 위해서 즉 허수부를 0을 가진 발진 주파수 f는 다음과 같다.WC2R1 = 1 / [WC1R2][참고자료]1. 전자공학 박상현 이현수 홍성찬 공저 [도서출판] 광명2. 회로이론 강정호 저
1.실험 목적LC발진기의 동작원리를 이해하고 발진 특성에 대하여 조사한다.2. 관계이론발진회로는 일반적으로 C급 증폭기와의 정귀환 개념을 생각할 줄 알아야 하며 귀환은 증폭에 응용되고 발진기에는 정귀환을 이용한다. 그리고 발진기 중 주파수 가변범위가 가장 넓은 것은 LC반결합 증폭기이다.[LC 발진회로]RF (Radio Frequency) 발진기용 위상편이망을 인덕턴스-캐패시턴스 회로망이라 하는데 보통 탱크 회로라고 하는 LC조합은 요구되는 주파수만 통과시키고 다른 주파수는 차단하는 역할을 한다.LC발진회로는LC 공진현상을 이용한 발진회로로서 중개역할을 하는 증폭회로는 C급 증폭 기를 주로 사용한다. 또한LC 발진회로의 발진주파수는 RC 발진회로에 비해 고주파 출력 으로 발진한다.즉LC 발진회로는LC 동조 증폭회로에 정귀환을 이용한 회로라고 생각할 수 있다.다음은LC 발진회로의 동작원리에 대한 설명으로 스위치 on 하면 베이스 전류가 Vcc의 –극에서 R2 그리고 트랜지스터의 베이스 쪽으로 계속해서 트랜지스터의 에미터 쪽으로 Re 그리고 Vcc의 –극으로 전류가 흐른다.한편 베이스 전류에 의해 콜렉터쪽에 콜렉터 전류가Vcc +극에서LC 회로 ㅇ그리고 콜렉터 쪽으로 계속해서 트랜지스터의 에미터쪽으로 Re 그리고 Vcc의 –극으로 콜렉터 전류가 흐른다.이 출력은 트랜스의 상호 유도작용에 의해 2차측에 전압이 유기되며 유기된 2차측 전압은 트랜스에서 극성을 반전시켜 입력과 동상인 상태로 되고 2차측 전압을 결합 콘덴서를 경유해서 귀환시키며 이때 입력위상과는 동상이다. LC 회로는 공진회로이기 때문에 진동이 계속 일어나 발진하게 되며 탱크회로는 요구되는 발진 주파수에서 공진되게 요구한다.따라서LC 회로는 용량 리액턴스와 인덕턴스가 같을 때 공진하게 된다.[여러LC 발진회로]㉠ 하틀리 발진회로귀환요소는 인덕터이며 병렬동조 코일의 중간에서 탭을 이용해서 상호유도 M에 의하여 발진 진폭을 변화시킬 수 있으며 콘덴서의 가변으로 비교적 넓은 주파수 코일을 가변 시켜 발진 주파수의 가변이 용이하며 발진 주파수가 안정하여 중간 단파대 (300 ~ 3,000㎑)발진회로에 이용된다.에미터 접지 증폭기에 의해서 증폭된 미소진동은 콜렉터에서 L1 , L2 및 C로서 구성되고 동조회로에 들어간다. 이 동조회로에 의해서 선택된 특정주파수가 트랜지스터의 베이스로 들어가서 재차 증폭되어 콜렉터에서 출력을 볼 수 있으며 최초의 미소진동에 의해서 L2 양단에는 트랜지스터의 입력위상과 반대위상의 출력전압이 걸린다. 코일 L1과 L2에는 동일 위상의권선방향으로 감겨져 있기 때문에 트랜지스터의 에미터 접지를 기준으로 할 때 L1양단에는 입력과 동일한 위상이 나타나게 되어 발진을 하게 된다. 따라서 하틀리 발진기의 발진조건은Z1 = jw(L1+M) Z2 = jw(L2+M)또한 하틀리의 발진주파수는 다음 결과에서 M을 조정하여 파형을 좋게 할 수 있다. 하틀리의 특징으로는 가변발진기로서 사용이 용이하다. 즉 코일의 탭을 조정하여 발진 강도를 용이하게 변화시킬 수 있다. 또한 발진 주파수 f 를 계속하기 위한 트랜지스터의 최소전류 증폭도 (hfe) 최소 전류 증폭률은 다음과 같다.hfe = I / [w²(L2+M)C] – 1㉡ 콜피츠 발진회로위상지연을 공급 또는 원하는 주파수만 통과시키는 공진 필터로 동작시키기 위해 귀환에 LC 회로를 이용하고 있다. 공진 귀환회로의 귀환율 β는 C1과 C2값에 의해 결정된다. 여기서 C1과 C2는 실제로는 직렬이다. 즉 콘덴서 C1 양단전압은 발진기의 출력이고 콘덴서 C2양단전압은 귀환전압 Vf이다. 발진에 필요한 이득조건을 고려할 때 귀환율β는 Vf = βVo관계에서β를 구하면β = Vf / Vo = C1 / C2발진조건은 Aβ = 1 이므로 β = C1 / C2 를 이용하면Av = C2 / C1실제로 발진기가 자기시동을 하려면 Aβ 가 1보다 커야 한다. 따라서 다음의 관계를 만족시켜야 한다.Av = C2 / C1콜피츠 LC 발진회로의 동작특성은 C1 , C2양단에 트랜지스터의 입력전압과 반대위상의 출력전압이 나타나며 접지를 기준으로 C1 양단의 전압은 입력전압과 같은 양이 정귀환된다.발진이 계속되기 위해서는 정귀환전압 ≥ 입력전압 인 조건을 만족시켜야 하는데 코일의 중간 탭에서 귀환시키지 않고 용량성 귀환을 하므로 발진 파형이 양호하다. 또한 전류증폭률과의 관계는 hfe > w²LC2 에 있어야 한다.㉢ 클랩 발진기클랩 발진기는 콜피츠의 변형회로로 공진회로에 코일 L과 직렬인 콘덴서 C3를 첨가한 회로인데 여기서 C3는 C1과 C2와 직렬이므로 탱크 회로의 전체 용량은 다음과 같다.Ct = 1 / { [1/C1] + [1/C2] + [1/C3] }여기서 C3가 C1이나C2 보다 훨씬 작으면 공진 주파수는 거의 C3에 의해서 제어되기 때문에 발진 주파수는 간략화 될 수 있으며 C1과 C2가 접지되었으므로 트랜지스터의 접합용량과 표유용량은C1과 C2와 접지에 대해 병렬이다. 그러나 C3는 영향을 미치지 못하기 때문에 좀 더 정확하고 안정된 발진 주파수를 공급하게 된다.따라서 클랩 발진회로의 특징은 콜피츠 발진기의 변형으로 C1 , C2를 C3 에 비해 훨씬 크게 하고 그 임피던스를 작게 해서 트랜지스터의 공진회로에 영향을 적게 하여 발진주파수의 안정을 크게 한 발진회로이며 클랩 발진회로의 발진 주파수는 거의 C3와 L에 의해서 결정되므로 콜피츠보다 발진 정도가 우수하다.따라서 콜렉터 동조회로 및 베이스 동조회로의 공진주파수와 발진주파수는 공진 주파수가 발진 주파수보다 크다는 관계에 있다.㉣ LC발진회로에서 일어나는 이상현상LC 발진기의 이상현상으로 증폭과 발진회로에 사용되는 트랜지스터는 자체의 접합용량 도선길이의 인덕터 등에 의한 목적 이외의 주파수가 발생하는 경우의 발진을 기생진동이라 하며 LC 발진기에 다른 주파수 전원으로부터의 출력이 결합하고 있으면 LC발진기의 주파수가 그 영향을 받아서 외부의 주파수에 끌려가는 현상을 인입현상이라고 한다. 베이스 회로의 시정수로 결정되는 주기로 발진이 반복되는 현상인 Blocking 발진이 일어난다.따라서 주파수 변동원인과 그 방지책으로 는 첫째 전원전압의 변동에 의한 원인으로 전원전압의 변동 자체는 바이어스에 영향을 주므로 직류 안정화 바이어스를 이용해서 원인을 제거한다.둘째 부하의 영향에 의한 원인으로 부하의 변동은 발진회로에 저항의 변화가 일어나므로 발진주파수의 변동원인이 된다. 제거를 위해 버퍼를 이용하거나 소결합 한다.셋째 온도변화에 의한 원인에 의한 것으로 항온조를 이용해서 원인을 방지할 수 있으며 온도 계수가 작은 진동자를 이용한다.넷째 동작점의 불안정에 의한 원인에 주파수 변동요인으로 이를 해결하기 위해서는 동작점에서 조금 벗어난 곳에 조정한다.
1. 실험목적능동 필터의 응답원리를 이해하고 OP Amp를 이용한 저역 및 고역 필터의 주파수 응답 특성을 알아본다.2. 관계이론[능동 필터]필터의 주파수 특성은 필터를 구성하는 캐패시터, 인덕터 등의 소자특성에 의해서 결정된다. 즉 차단주파수의 위치와 차단주파수 주변의 천이대역(transition band)이 소자의 값에 따라서 결정되는 것이다. 일반적으로 천이대역의 폭이 좁고, 그 기울기가 가파를 수록 필터특성이 좋다고 한다. 천이대역의 경사도는 캐패시터 및 인덕터의 개수에 따라서 결정되며, 이들 개수가 n개인 필터를 n계(order) 혹은 n차 필터라 한다. 일반적으로 계수가 하나 증가할 때마다 경사도는 6dB/octave 또는 20dB/decade 만큼씩 개선된다. 이 때 octave"와 decade"는 각각 주파수가 2배와 10배로 되는 것을 의미한다.수동필터는 그 세부 특성에 따라서 버터워스(Butterworth)필터, 체비세프(Cheb yshev)필터, 타원(eppliptic)필터 등으로 구분되며, 그 각각에 대한 설계 방법은 잘 정립되어 있다. 그러나 수동필터는 몸체가 큰 인덕터를 포함하고 있기 때문에 회로의 소규모화 및 집적화가 불가능하다. 그러나 다행스럽게도 캐패시터 한 개와 연산증폭기를 결합하면 인덕터 한 개와 같은 효과를 낼 수 있다는 사실이 밝혀졌고, 이를 활용하면 인덕터가 없는 필터를 설계하는 것이 가능해진다. 이때 필터는 캐패시터 저항과 함께 능동 소자인 연산증폭기를 포함하기 때문에 이를 능동필터라 한다. 따라서 능동필터의 경우에 있어서는 캐패시터의 개수가 곧 그 필터의 계수가 된다.{1차{R &=~10 k Omega #C &= ~0.01 mu F능동 필터와 그 주파수 특성이 아래 그림에 보여진다. 이 회로에서 연산증폭기가 선형영역에서 정상적으로 동작한다면{{A sub v = v subo over v subi = {-R sub2 / R sub1}over{1+j `2 pi f sub2 R sub2 C }임을 알 수 있다. 따라서 차단주파수는{f subc = 1 over{ 2 pi R sub2 C}가 되며, 천이대역에서의 경사도는 -6dB/oct이다. 위 식으로부터 C나 R2를 변화시킴으로써 필터의 차단주파수를 변화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 R1은 이 차단주파수에 영향을 주지 않는다.아래 그림은 저주파통과 특성을 갖는 2차 능동필터의 예를 보인 것이고, 다음 그림은 고주파통과특성을 갖는 능동필터의 예를 보인 것이다. 이들 두 필터는 모두 차단주파수가{f subc = 0.707 over { 2 pi R C }이고, 천이대역의 경사도 크기가 12dB/oct 이다.{R sub1 &=~ 1k Omega #R sub2 &=~ 10 k Omega#C &=~0.01 muF{{{[필터 분류]필터(filter)란, 특정한 대역의 주파수성분만을 통과시키거나 차단하는데 이용하는 회로를 지칭하며, 다음과 같이 분류할 수 있다.{○회로구성소자에따른 분류수동(passive)필터능동(band stop)필터{○ 필터 용도에따른 분류저주파통과(low pass)필터고주파통과(high pass)필터대역통과(band pass)필터대역정지(band stop)필터캐패시터, 인덕터, 저항 등 수동소자로 구성된 필터를 수동필터라 하고, 아래그림에서 캐패시터와 인덕터로 구성되는 저주파통과필터 및 고주파통과필터의 예와 그 대표적인 특성들을 함께보인다. 그림에서 전력이득이 1/2로 감소하는 점, 즉 전압증폭률이 {
