[아날로그 및 디지털회로 설계실습] 예비 05.전압제어 발진기 (VCO : Voltage Controlled Oscillator)

소개글

[아날로그 및 디지털회로 설계실습] 예비 05.전압제어 발진기 (VCO : Voltage Controlled Oscillator)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적

2. 실험 준비물

3. 설계실습 계획서

4. 실험에 필요한 이론과 측정 예상 값

5. 결론

본문내용

되도록 회로를 C1 값을 설계하시오
.
C1을 33nF으로 설계하였다. 그 출력의 중심주파수는 2.083kHz를 얻을 수 있었다.
(6) 슈미츠 회로의 저항비 (RS1/RS2)와 Capacitor, C1의 값을 변화시키면서 출력파형을 관찰하시오.
Vc=0.5V, Rs1/Rs2=5kΩ/10kΩ, C1=10nF
Vc=0.5V, Rs1/Rs2=5kΩ/20kΩ, C1=10nF
Vc=0.5V, Rs1/Rs2=10kΩ/10kΩ, C1=10nF
Vc=0.5V, Rs1/Rs2=5kΩ/10kΩ, C1=1nF
Vc=0.5V, Rs1/Rs2=5kΩ/10kΩ, C1=20nF
Vc=0.5V, Rs1/Rs2=5kΩ/10kΩ, C1=50nF
슈미츠 회로의 저항비를 감소 시켰을 경우, 출력의 주파수가 약간 증가했으며, 저항비를 증가시켰을 경우 출력의 주파수가 감소했다. 그리고 C1을 감소 시켰을 경우 출력의 주파수가 증가 했고, C1을 증가 시켰을 때에는 출력의 주파수가 감소했다.
저항비가 감소/증가함에 따라서 VTH가 감소/증가 하게 되고 출력의 주파수는 VTH의 영향을 받기 때문에 이러한 결과가 발생하였다. 그리고 Capacitor의 용량에 따라 충전/방전되는 속도가 달라지기 때문에 출력의 주파수도 변함을 확인할 수 있었다.
4. 실험에 필요한 이론과 측정 예상 값
(1) Wien Bridge Oscillator
일반적으로 신호 발생기는 일정한 주파수와 위상, 크기를 가진 주기 함수를 발생시키는 회로를 말한다. 특히, 주파수와 신호 크기를 안정적으로 왜곡 없이 발생하는 것을 목적으로 한다. 예를 들어, 사인파 함수를 완벽히 발생시켰을 경우에는 발진 주파수에서만 Dirac Delta 함수 형태를 보여야 하지만, 실질적으로는 발진 주파수에서 날카롭고 좋은 peak를 보이고, Harmonic이라고 불리는 다른 여러 주파수에서도 작은 peak이 나타나게 된다.
아래 그림과 같은 Positive feedback 형태의 일반적인 OP 증폭기의 경우에는 다음 두 조건 , 을 만족하는 주파수에서 발진이 일어나게 된다.
Wien Bridge 신호발생기는 발진을 일으키기 위한 두 조건을 만족하기 위한 positive feedback과 negative feedback을 가지는 차등 증폭기를 사용하여 앞의 설계실습계획서 회로와 같이 구현할 수 있다. 이 때,
로 둔다면, 전압 분배 공식에 의해서 다음 식을 얻을 수 있고,
일 때, 발진은 위상이 영일 때 발생하기 때문에
의 관계를 알 수 있는데, 발진이 일어나는 각 주파수 는 저항과 커패시턴스에 반비례하다. 한편, 발진 주파수에서 감쇠 값은 이므로, Negative feedback은 이론적으로 발진 주파수에서 3이라는 이득을 가져야만 한다. 저항값 과 값은 다음 식에 의해 주어진다.
결국, 발진 주파수는 가변 저항값을 통해 바꿀 수 있다.
(2) Wien Bridge Oscillator의 특징
정현파 발진회로 중 대표적
커패시터와 저항으로 밴드 패스필터를 구성
비교적 낮은 주파수 대역에 이용（수Hz ∼ 수백KHz）
증폭도가 높으면 왜곡이 많아지고
낮으면 발진 할 수 없는 등 증폭도에 제한
유일한 주파수에서 발진
(3) 측정 예상 값
① 계획서의 (1)에서 설계한 대로, 그림 1에 주어진 Wien bridge 발진기를 제작하시오. 이때 Op-Amp는 ±15V 전압을 공급하시오. 출력파형이 왜곡되는지 확인하시오. 측정된 발진 주파수는 얼마인가?
앞선 설계실습 파형과 같이 출력된 파형이 왜곡되는지를 확인해 보아야 할 것이다. 또한 발진 주파수를
1.63kHz로 맞추었기 때문에 얼마나 이에 가까운 값을 얻어내느냐가 관건이 될 것이다.
② 출력 파형의 최대치는 얼마인가? 이 때, R1 과 R2의 정확한 값은 얼마 인가?
최대 전압일 때, 사용한 R1 과 R2의 값이 1:2의 비율을 가지고 있는지 확인해 보아야 한다.
③ DC Power Supply의 전원을 켜기 전에 10 K옴 Potentiometer 를 가장 낮은 값으로 정한 후, 전원을 공급한다. 출력 파형을 주시하면서 발진이 발생할 때까지 10K옴 Potentiometer를 점차 증가시킨다. 10K옴 Potentiometer를 증가 시키는 동안, 출력 파형의 크기와 형태는 어떻게 변하는가?
왜곡된 출력파형을 안정된 사인파 곡선으로 만들기 위해 저항을 낮은 값에서부터 점차적으로 증가시켜서 증폭기의 Gain값을 올려줌으로서 출력파형의 크기를 키웠을 때, 왜곡이 사라지는 지를 확인해 보아야 한다.

키워드

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