●학습 및 과제물 수행방법●

□ 과목 : 통신이론

□ 담당교수 : 임황빈

□ 수행해당 일 교시(시간) : 2020년 3월 31일 1,2,3교시

□ 수행방법 : 게시한 학습내용에 대한 내용을 충분히 습득하고 과제물을 수행하여 e-mail로 제출하기 바랍니다. 과제물을 제출한 학생은 출석으로 인정합니다.

□ 제출제한 : 2020년 4월 1일~ 4월 6일

□ 제출 E-Mail : yim@naver.com

과제3. 통신이론 _ 연산증폭기의 이해

학습목표 : 과제 통신시스템의 발진기를 이해하고 각 회로의 동작원리를 이해한다.

참고 : 발진기 기초 부분을 충분히 숙지하고 각 발진 회로의 원리를 이해한다.

1. 빌진기의 개요

:: 발진회로

chapter 07

POINT	01	발진의 원리

발진기는 외부 신호 없이 스스로 지속 진동파를 발생 시키는 회로이다. 저주파 발진기로는 RC 발진기를 사용하며, 1[MHz] 이상의 고주파에는 LC 발진기를 사용하고 매우 정확하고 안정된 고주파를 얻기 위해서는 수정 발진기를 사용한다.

(a) 귀환 발진기 [eqn: A _{cl} =A _{v} beta]	(b) 발진 시동 조건과 지속 조건

그림1 귀환 발진기

사인파 발진기는 정귀환을 이용한다. 정귀환 방식은 증폭기 출력의 일부가 위상 변이 없이 입력에 되돌려 가해지는 것이다. 처음 DC 공급 전원이 인가되었을 때 발진이 시작되기 위해서는 루프의 전체 위상 천이가 [eqn: 0 DEG]인 주파수에서 폐루프 전압 이득 [eqn: A _{cl} =A _{v} beta]는 1보다 커야한다. 즉 [eqn: A _{v} beta >1]의 조건에서 발진이 성장하다가 [eqn: A _{v} beta =1]에 이르러 일정 진폭의 발진이 지속된다.

1. 발진 시동 조건 : [eqn: A _{v} beta >1]의 조건에서 발진이 성장한다.

2. 발진 지속 조건

① 귀환 루프의 위상 천이가 [eqn: 0 DEG]이어야 한다. (정귀환일 것)

② 루프 이득 [eqn: A _{v} beta =1]의 조건에서 일정 진폭의 발진이 지속된다.

POINT	02	3-리액턴스 발진기의 발진 조건

발진을 지속하려면 [eqn: Z _{1}]과 [eqn: Z _{2}]가 동종의 리액턴스이어야 하고 [eqn: Z _{1}]과 [eqn: Z _{3}]와는 서로 다른 리액턴스이어야 한다.

	1. 진폭 조건 : [eqn: A GEQ X _{1} `/X _{2}] 2. 주파수 조건 : [eqn: X _{1} +X _{2} +X _{3} =0] 그림2 3-리액턴스 발진기 일반형

표1 리액턴스 소자별 발진기 분류

발진기 형	리액턴스 소자
	[eqn: X _{1}]	[eqn: X _{2}]	[eqn: X _{3}]
콜피츠(colpitts) 발진기	C	C	L
하틀리(hartley) 발진기	L	L	C

2. RC 발진기

RC 발진기는 저주파 발진기로 윈 브리지 발진기, 이상(위상 천이) 발진기, 트윈 T형 발진기 등이 있다.

POINT	03	윈 브리지 발진기

윈 브리지(wien-bridge) 발진기는 사인파 발진기로 약 5[Hz]에서 1[MHz] 범위 내의 저주파를 얻을 수 있다. 이 윈 발진기는 부귀환이 걸린 비반전 증폭기와 정귀환 회로(진상-지상 회로로 구성)로 구성된다. 발진소자 [eqn: C _{1}], [eqn: R _{3}]는 인 진상회로이고 [eqn: C _{2}], [eqn: R _{4}]는 지상회로이다.

	[eqn: A _{cl} =1+ {R _{2}} over {R _{1}}], [eqn: f _{o} = {1} over {2 pi sqrt {R _{3} R _{4} C _{1} C _{2}}}] [eqn: R _{3} =R _{4} =R]이고 [eqn: C _{1} =C _{2} =C]일 때 [eqn: beta = {1} over {3}], [eqn: A _{cl} = {1} over {beta } =3], [eqn: THEREFORE ``R _{2} =2R _{1}] [eqn: f _{o} = {1} over {2 pi sqrt {R _{3} R _{4} C _{1} C _{2}}} = {1} over {2 pi RC}] 그림3 윈 브리지발진기

윈 브리지 발진기 발진 조건은 다음과 같다.

1. 발진 시동 조건은 [eqn: A _{v} beta >1]이므로 폐루프 이득은 3보다 커야한다.

2. 발진을 위해서는 ① 루프의 위상 천이가 [eqn: 0 DEG]이어야 한다는 점이고 ② 진상-지상 회로의 감쇠율 [eqn: beta]=1/3이므로 폐루프 이득은 3이어야 하므로 [eqn: R _{2} =2R _{1}]의 조건이 필요하다.

POINT	04	이상발진기

이상발진기는 위상천이발진기라고도 한다. 이상발진기는 반전증폭기([eqn: A=-R _{f} `/R _{3}])와 3단 RC 위상추이기(phase shifter)를 사용한 발진기이다. 반전증폭기에서 위상이 반전되므로 3단 RC 위상추이기에서 [eqn: 180 DEG]의 위상추이를 얻어야 한다.

	[eqn: beta = {R _{3}} over {R _{f}} = {1} over {29}], [eqn: LEFT | A RIGHT | >29] [eqn: f _{o} = {1} over {2 pi sqrt {6} RC}] 그림4 이상발진기

3. LC 발진기

LC 발진기는 1[eqn: SIM]500MHz 고주파 발진기로 콜피츠 발진기, 하틀리 발진기, 클랩 발진기 등이 있다.

POINT	05	콜피츠 발진기

콜피츠 발진기의 귀환 신호는 LC 회로의 커패시터 전압으로부터 유도된다. [eqn: C _{2}]양단의 전압은 발진기의 출력 전압이고, [eqn: C _{1}]양단의 전압은 귀환 전압이다.

	[eqn: f _{o} = {1} over {2 pi sqrt {L LEFT ( {C _{1} C _{2}} over {C _{1} +C _{2}} RIGHT )}}] [eqn: A _{v} = {X _{2}} over {X _{1}} = {-1/ omega C _{2}} over {-1/ omega C _{1}} = {C _{1}} over {C _{2}}] [eqn: beta = {1} over {A} = {C _{2}} over {C _{1}}], 시동 조건은 [eqn: A> {C _{1}} over {C _{2}}] 그림5 콜피츠 발진기

POINT	06	하틀리 발진기

하틀리 발진기의 귀환 신호는 LC 회로의 인덕터 전압으로부터 유도된다.

	[eqn: f _{o} = {1} over {2 pi sqrt {(L _{1} +L _{2} )C}}] [eqn: A= {X _{2}} over {X _{1}} = {omega L _{2}} over {omega L _{1}} = {L _{2}} over {L _{1}}] [eqn: beta = {1} over {A} = {L _{1}} over {L _{2}}], 시동 조건은 [eqn: A> {L _{2}} over {L _{1}}] 그림6 하틀리 발진기

과제 3 : 다음 각 과제를 수행 후 제출 요망

1. 발진은 무엇이며 발진 원리를 설명하라

2. 3-리액턴스 발진기의 발진 조건을 설명하라.

3. 저주파 발진기인 RC발진기와 윈브리지 회로를 그리고 원리를 설명하라

4. 고주파 발진기인 콜핏츠 발진기 회로를 그리고 설명하라.