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  Oscilator(발진회로)
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  Oscilator(발진회로)

QCM- Oscilator(발진회로)의 이해 (발진회로 원리)

회로에 대해서 이해를 하려면 먼저 R(저항), C(커패시터), L(인덕터)에 대한 이해가 있어야 한다.
이 세가지 소자들의 전기적 특성에 대해서는 여러가지 기본 자료들을 찾아보아야 하며 여기서는 간단하게 소개를 하기로 한다.

저항은 전압에 비례하여 전류가 흐르는 소자이다.
그러나 발진회로에서 우리가 관심있는 부분은 과도상태( 갑자기 전압를 가했을때)에 대한 특성이다.

아래 그림은 저항의 과도상태에 대한 전압 전류 곡선이다.
저항성분은 단지 전압에 비례해서 전류가 흐를뿐 시간적으로 변화하지 않는다.

아래 그림은 커패시터의 과도상태에 대한 전압 전류 곡선이다.
초기에 전압은 0에서 서서히 증가하는 반면 전류는 처음에 많이 흐르다가 서서히 감소한다.

아래 그림은 인덕터의 과도상태에 대한 전압 전류 곡선이다.
초기에 전압이 최대로 되어있다가 서서히 감소하는 반면 전류는 처음에 조금 흐르다가 서서히 증가한다.
즉 커패시터와 전압, 전류가 시간에 따라 반대로 변하는 성질이 있다.

앞에서 R, L, C의 과도 상태( 갑자기 전압을 가했을때)에 대한 전압 전류 곡선을 보았습니다.
앞에서 보았듯이 C와 L은 이러한 성질때문에 발진소자로 쓰인다.
이번엔 전원을 연결하고 있다가 갑자기 스위치를 Off시켰을때 반응을 살펴보면 재밌는 현상을 발견할수 있다.

L과 C가 서로 병렬이 되로록 아래 그림과 같이 연결한 후 스위치를 Off시킨다. 그렇다면 전원이 완전 차단된 상태가 된다. (아래그림) . 그런데 C는 전하를 저장하는 성질이 있어 가지고 있던 전하를 방출하고 이 전하가 L에 충전되었다 다시 방전되고 이 전하가 다시 C로 충전 방전을 반복하며 그래프와 같은 파형이 L, C 양단에 검출된다. 지속된 에너지 공급이 없기 때문에 차츰 신호가 감소한다.

아래 그림을 다시 보면 L1의 인덕터 용량을 변화시켰다. 그리하면 오른쪽 그램에서 보는 것처럼 발생되는 파형의 주파수가 변화됨을 볼수 있다. 즉 L과 C의 용량에 따라 주파수가 변화됨을 알수 있다.

앞의 회로를 약간 변형시켜 보자.
아래 그림에서 Q1은 트랜지스터로서 제어 단자( 베이스 )에 전압을 인가하면 전압이 그 소자의 Gain에 따라 증폭되는 소자로서 아래 그림에서는 전압을 인가하면 On, 인가하지 않으면 Off되는 원리로 사용되었다.
오른쪽 그림에서 위( 녹색 )이 제어단자(베이스)에 인가하는 전압이고 아래( 빨간색 )이 L, C에서 발생되는 파형이다. 위 경우와 마찬가지로 파형이 발생되지만 에너지의 지속적인 공급이 없으므로 파형이 점차 감소하는것을 볼수 있다

발진 회로는 지속적인 파형을 발생하는 장치이다. 그렇다면 지속적인 파형을 발생시키려면 어덯게 할까?
에너지를 지속적으로 공급하고 발생된 파형을 다시 Feedback하여 트랜지스터를 On, Off를 반복시켜주면 가능하지 않을까? 그런데 발생되는 신호가 트랜지스터를 On, Off시키기에 부족하므로 이를 증폭한다.

전압을 증폭시킬수 있는 소자로서는 TR(트랜지스터), FET, OPAmp등이 있다. 이 소자들을 이용하여 Feedback, Gain Amplifier등의 요소를 넣어 발진회로를 구성한다.
그러한 원리에 대한 계략도가 발진회로의 설명에 자주 나오는 아래와 같은 그림들이다.

다음그림과 같이 콜피츠 회로를 살펴보자.
TR( 트랜지스터 )와 저항, 커패시터등을 잘 조합하면 증폭을 할수 있는 회로가 된다. 아래 그림에서 Amplifier부. 또한 L과 c를 잘 조합하여 일정 주파수를 만들어주는 Feedback회로로 구성된 발진기가 만들어진다.
이를 공진주파수( Resonant Frequency )라 하는데 Feedback될때 일정주파수에 공진되어 공진된 주파수를 발생시키기 때문이다.

앞에서 언급한 원리를 이용하여 고안되 여러가지 Oscilator회로중에 많이 쓰이는 것들이 아래와 같은 종류들이다. 앞의 내용을 이해하였다면 아래의 그림들이 어느정도 이해가 되리라 본다. 발진기( Oscilator )는 R, L, C의 여러가지 조합으로 여러 형태의 발진기가 가능하다.