비교기와 PWM 발생기

소개글

비교기와 PWM 발생기에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 사전 지식
1.1.Response Time
1.2.전압 비교기(Valtage Comparator)
1.3.Pulse-Width Modulation
1.4. 슈미트 트리거(Schmitt-trigger) :입력에 대한 입력 전압과 출력 전압의 관계 그래프

2. 시뮬레이션 요약

3. 실험 절차

4. 문제

5. 분석 및 토의

본문내용

났다.
3. 실험 절차
(1) 그림 10.1의 회로에서 시뮬레이션 (2)를 실험으로 수행하라.
-2.3V
0V
2.3V
5V
7V
⇒ Positive 단자에 들어가는 정현파는 계속 진동하기 때문에 Negative단자에 들어가는 DC전압보다 높거나 낮아질 수 있다. 각자 정현파의 크기가 DC전압보다 크면 +Vsat 으로 출력되고, 반대의 경우이면 -Vsat 의 전압이 출력 전압의 형태로 나타난다. 그리고 여기에서 V3=7V일 경우에는 항상 정현파보다 크기 때문에 출력전압이 진동하는 형태로 나타나지 않고 일정한 것을 볼 수 있다.
(2) 그림 10.2의 회로에서 시뮬레이션 (4)를 실험으로 수행하라.
1V 500
1V 2k
10V 500
10V 2k
⇒ Negative 단자가 feedback 형태로 설계되었다는 점이다. 그러므로 Negative 단자의 전압은 비교대상이긴 하지만 그 값이 변하기 때문에 그래프가 다르게 출력되는 것을 예상할 수 있다. 그리고 또한 inverting에 입력이 인가되었으므로 입출력의 극성이 반대로 출력되는 것을 알 수 있다. 그리고 두 저항 사이에 걸린 전압이 바로 (+)단자에 들어가게 된다. 시뮬레이션 결과로부터 출력 전압은 입력 전압의 어느 한 크기를 기준으로 비교한 다음 큰 쪽에 해당하는 단자의 전압을 출력 시킨다는 것을 알 수 있다.
(3) 그림 10.3의 회로에서 시뮬레이션 (5)를 실험으로 수행하라.
V5=4V, V6=-4V
V5=1V, V6=0V
⇒ 두 개의 증폭기에 들어가는 입력을 (-)와 (+)각각 다른 입력으로 들어가게 해준다. 그리고 DC전압과 비교하게 되는 회로이다. 두 개 모두 한쪽 입력에는 4V 의 DC 전압이 인가되고, 다른 한 쪽에는 정현파가 인가된다. LM311 은 비교기의 역할을 하는 소자로서, 두 입력 신호를 비교하여 큰 쪽은 출력 하는 회로이다. 실험절차 1번과 같은 역할을 하기 때문에 아마도 소자 내에는 실험절차 1번과 비슷한 회로의 형태를 취하고 있을 것이라 생각한다. 먼저 한 실험은 극성이 다르지만 그 크기는 4V로 같게 인가되었지만, 두 번째 시뮬레이션에서는 한 쪽은 1V, 다른 한쪽은 0V 로 인가되기 때문에 차이가 1V 로서 정현파와 비교했을 때, 정현파가 1V 가 되었을 때, Vcc만큼의 출력 전압이 나타난다.
(4) 그림 10.4의 회로에서 시뮬레이션 (6)를 실험으로 수행하라.
V2와 출력전압
V3와 출력전압
시뮬레이션
4. 문제
(1) 시뮬레이션 (2), (4), (5)로부터 VTC를 구하라. 이론치와 비교하라.
⇒ VTC: Voltage-transfer characteristics with hysteresis.
시뮬레이션
시뮬값
이론값
오차율[%]
2
315.454mV
0
4
5.325V
4.774V
11.5
5
230.7mV
0
.
V3=0V로 설정하고 측정하였습니다.
R2=10kΩ으로 설정하고 측정하였습니다.
시뮬레이션 5번은 V5=4V, V6=-4V로 설정하고 측정하였습니다.
(2) 실험절차(1), (2), (3), (4)와 각각 해당되는 시뮬레이션 결과를 비교하라
(2)-a. 실험절차(1) & 시뮬레이션(2)
V3
시뮬레이션
실험절차
-2.5V
0V
2.5V
5V
7V
⇒5V일 경우를 제외한 모든 경우에서는 거의 같은 출력을 보였다. 시뮬레이션에서 5V일 때의 결과는 아주 짧은 시간에 한번의 peak이 발생하는데 이 값은 커서로 측정해보니 0.6ms가 나왔다.
(2)-b. 실험절차(2) & 시뮬레이션(4)
V4
R2
시뮬레이션
실험절차
10V
2kΩ
1V
2kΩ
10V
500Ω
1V
500Ω
⇒시뮬레이션과 실험결과 모두 출력전압이 입력전압의 어느 한 크기를 기준으로 비교한 다음 큰 쪽에 해당하는 단자의 전압을 출력시킨다는 것을 알 수 있다. 이 실험에서 알고자 한 것은 아마도 비교의 기준 값이 입력전압의 크기와 부하저항의 크기에 따라 달라진다는 사실이라고 생각한다.
(2)-c. 실험절차(3) & 시뮬레이션(5)
V5
V6
시뮬레이션
실험절차
4V
-4V
1V
0V
⇒ 4V & -4V일 때에는 출력파형이 5V로 유지되는 시간이 1V & 0V일 때보다 넓다. 시뮬레이션의 커서를 이용하여 구하면 그 값은 각각 0.1398ms, 0.01613ms가 되므로 계산적으로도 시뮬레이션과 실험절차 결과를 알 수 있다.
(2)-d. 실험절차(4) & 시뮬레이션(6)
V2와 출력전압
V3와 출력전압
시뮬레이션
⇒ 오실로스코프의 채널이 2개뿐이라 시뮬레이션에서는 세 개의 프로브를 찍어 관찰했지만 오실로스코프는 두 개로 나누어 각각의 입력과 출력파형을 보였다. 시뮬레이션의 작은 점선으로 이루어진 정현파와 주기가 일정하지 않은 구형파의 관계를 보면 실험절차의 결과와 같은 것을 알 수 있다. 이와 같이 삼각파와 출력파형의 관계도 시뮬레이션과 같게 나왔다.
5. 분석 및 토의
직류에서부터 저주파 까지의 신호 대역에서 신호의 입력되는 신호와 기준 전압의 크기를 비교하여 그에 따른 신호를 디지탈 회로에 전달하기 위한 회로를 비교기Comparator라 한다. Positive Feedback을 이용하여 연산 증폭기를 차동입력의 차이를 증폭하는 것이며 증폭도를 적당한 감도로 조정하여 사용하게 된다. schmitt 회로에서 기준전압은 비교의 기준이 되며 출력전압은 히스테리시스 전압이 되어 출력을 반전시키기 위한 입력전압은 기준전압보다 히스테리시스 전압 만큼 크거나 작아야 하며 히스테리시스 전압은（출력전압 － 기준전압 ）× R2 ／（R1 + R2）로 되며 이것은 노이즈에 의한 오동작이나 미세한 전압차로 비교회로가 동작하여 불안정하게 되는 것을 방지 할 수 있다.
이와달리 소자 LM393을 사용하여 비교기를 구현할 수도 있다. LM393의 출력은 오픈 컬렉터로 되어 있고 출력의 풀업 저항이 필요하지만 비교 회로를 ５V보다 높은 전압에서 동작 시키고도 다음단에 디지탈 IC를 전압을 맞출 필요없이 바로 사용할 수있어서 편리하다.
보다 정밀한 기준전압을 만들려면 제너다이오드나 기준전압 발생기를 사용해야 하겠지만 우리 실험에서는 저항을 이용하였으며 전원 전압만 안정되어 있으면 별 무리 없이 사용할 수 있을 거라고 생각한다.

키워드

비교기,   PWM,   PWM발생기,   전압 비교기