제 3 장아날로그신호의발생 측정하고자하는신호가신호원에서직접발생하는경우도있지만 ( 예 : 저항에의한열잡음 ), 많은경우에는측정장치에서신호원에특정한신호를가해준뒤그반응을측정합니다. 대표적인예가물체의전기저항을측정하기위해서전압 ( 또는전류 ) 을가한뒤흐르는전류 ( 또는물체양단의전압강하 ) 를측정하는 I-V 측정의경우입니다. 이처럼측정을위해서가해주는신호가일정전압 ( 또는전류 ) 인경우도있지만, 교류저항 ( 임피던스 ) 의측정에서와같이일정주파수의정현파신호일수도있고또, 펄스핵자기공명 (nuclear magnetic resonance, NMR) 실험에서와같이일정한주파수의짧은고주파펄스 (rf pulse) 인경우도있습니다. 정보를멀리전달하기위하는등의목적으로전자기파를발생시키기위해서는주기적인전압 ( 전류 ) 신호를필요로하고, 주기적인전압을변조시킨신호를검출하기위한목적으로도주기적으로변하는신호가필요합니다. 이처럼주기적으로변하는아날로그신호는물리학측정에서자주사용되므로, 어떻게그같은신호를발생시킬수있는지와발생된신호의특성은어떤지를알고, 아날로그신호를발생시키는전자회로를이해하는것은중요합니다. 일반적으로직류가아닌 ( 직류발생기는전원이라고부릅니다.) 시간에따라서변하는 ( 전압 ) 신호를발생하는장치또는회로를신호발생기 (signal generator) 라고부릅니다. 이중에서 ON/OFF 상태만을이용하는디지털신호발생기와는달리시간에따라서연속적으로변하는전압신호를발생하는아날로그신호발생기를살펴봅니다. 신호발생기는발생하는신호의주파수에따라서저주파신호발생기 (low frequency signal generator) f < 20Hz 오디오신호발생기 (audio frequency signal generator) f = 16Hz ~ 10kHz rf 신호발생기 (radio frequency signal generator) f = 10kHz ~ 1GHz 마이크로웨이브신호발생기 (microwave signal generator) f = 1GHz ~ 100GHz 테라헤르츠신호발생기 (terahertz signal generator) f > 0.1THz 로구분할수있으며, 발생하는신호의파형에따라서는주파수발생기 (frequency generator) - 한가지주파수의신호를발생휩씀신호발생기 (sweep signal generator) - 신호의주파수를휩쓸며발생간헐신호발생기 (tone burst signal generator) - 교류펄스신호를발생함수발생기 (function generator) - 정현파, 삼각파, 사각파등여러가지파형의신호를발생임의파형발생기 (arbitrary waveform generator) - 임의형태의파형을발생등이있으며, 주기적인신호의발생방법에따라서는정현파신호를발생시키는선형발진기 (linear oscillator 또는 harmonic oscillator) 방법과삼각파또는톱날파신호를발생하는비선형발진기 (nonlinear oscillator 또는 relaxation oscillator) 가있습니다. - 74 -
1) 선형발진기 (linear oscillator, harmonic oscillator) 정현파를발생시키는선형발진기에는바로되먹임 (positive feedback) 을한증폭기회로와 전류 - 전압의음저항 (negative resistance) 특성을이용하는방법이쓰이고있습니다. (1) 되먹임발진기 (feedback oscillator) 증폭기출력의일부를입력측으로되돌려줄때입력신호와같은위상이되도록위상차를 조절해주면 ( 바로되먹임, positive feedback) 신호가계속증폭되는효과가있습니다. 이때출력전압이일정한크기의정현파신호가되기즉, 증폭기회로에서발진 (oscillation) 이 일어나기위해서는되먹임신호의위상조건과함께증폭기의열린회로전압증폭율 과되먹임회로의되먹임율 의곱인닫힌회로전압증폭율 (closed loop voltage gain) 이되어야합니다. - 75 -
( 되먹임증폭기에서발진이일어나기위한조건 ) 그이유는아래그림과같이증폭기회로의전원스위치를 ON 시켰을때발생하는전압요동등에따른작은입력신호가증폭되어 ( 닫힌회로증폭율 ) 점차로커지면서증폭기의열린회로전압증폭율이줄어들어서닫힌회로전압증폭율이 이되면더이상변화가없이일정한크기의신호를유지하기때문입니다. 되먹임회로에특정주파수를선택하는여과기를넣으면발진이특정주파수의신호로일어 나게됩니다. 여과기회로의종류에따라서 RC, LC 및수정결정발진기회로로나뉩니다. 1 RC 발진기 (RC oscillator) 회로 되먹임회로의여과기로서저항 (R) 과축전기 (C) 를연결하여사용하는발진기회로로서주로오디오신호나아주낮은주파수신호를발생하는데사용합니다. 대표적인예로는위상지연 (phase shift) 발진기와빈브릿지 (Wien bridge) 발진기가있습니다. 위상지연발진기회로는다음그림과같으며출력신호를 3단의 RC 고역통과여과기 (high - 76 -
pass filter) 를거쳐 OP amp 의뒤집는입력단 (- input) 에가해주는형태입니다. C1 = C2 = C3 = C 이고 R1 = R2 = R3 = R 이라면, 이여과기를통해서는되먹임저항 일때주파수 의정현파신호를발생합니다. Ex. 1 위되먹임저항 와발진주파수 를유도해보고 실제로 RC 되먹임발진기를꾸며서확인해본다. 빈브릿지발진기회로는아래그림과같이 4 개의저항 (R1, R2, Rb, Rf) 과 2 개의축전기 (C1, C2) 로이루어진브릿지를되먹임회로에사용합니다. - 77 -
R1 = R2 = R 이고, C1 = C2 = C 일때이회로가발진하는주파수는 가됩니다. Ex. 2 위빈브릿지발진기의발진주파수 를유도해보고 실제로빈브릿지발진기를꾸며서확인해본다. 2 LC 발진기 (LC oscillator) 회로 되먹임회로의여과기로서코일 ( 인덕턴스 L) 과축전기 ( 전기용량 C) 를연결하여껴울림회로로사용하는발진기회로로서, 껴울림회로의특성때문에특정한주파수로발진이용이하며, 주로라디오신호등높은주파수신호를발생하는데사용합니다. 대표적인예로서는 Hartley 발진기회로, Colpitts 발진기회로및 Clapp 발진기회로들이있습니다. Hartley 발진기의되먹임회로는두개의코일과한개의축전기로이루어진껴울림회로이며콜렉터전압이입력 ( 베이스 ) 전압과 180 o 위상차가나기때문에껴울림회로가 180 o 위상차를주어바로되먹임이되도록합니다. 이발진기회로에서발진주파수는 입니다. - 78 -
변형도존재하는데아래그림은접합형전기장효과트랜지스터 (junction field effect transistor, JFET) 소스따르기 (source follower) 회로로서, 소스따르기의 ( 열린회로 ) 전압증폭율이 1보다작기때문에, 소스전압을승압하여게이트 (gate) 에되먹임시키는방법을사용한회로이며, 두코일의인덕턴스를 L 1 과 L 2, 두코일의결합지수 (coupling factor) 를 k 라고하면발진주파수는 가됩니다. C L 1 L 2 Ex. 3 위 Hartley 발진기의발진주파수 를유도해보고 실제로 Hartley 발진기를꾸며서확인해본다. Colpitts 발진기에서되먹임회로는두개의축전기 (C 1, C 2) 와한개의코일 (L) 로이루어져 있습니다. 이때도콜렉터전압이입력 ( 베이스 ) 전압과 180 o 의위상차가나기때문에껴울림 - 79 -
회로가 180 o 위상차를주어바로되먹임이되도록합니다. 이발진기의발진주파수는 입니다. 아래그림은다른 Colpitts 발진기회로로서콜렉터전압을에미터로되먹임하는방법입니다. 콜렉터전압은에미터전압과 180 o 위상차가나므로, 되먹임회로에서추가로 180 o 위상차를주어바로되먹임을시킵니다. 코일 L 1 은콜렉터교류저항 ( 임피던스 ) 의역할을하며, 교류 ( 고주파 ) 적으로는 C 1, C 2 와함께 LC 병렬껴울림회로를구성하여, 특정껴울림주파수에서임피던스가최대가됩니다. 따라서출력전압도최대가됩니다. Ex. 4 위 Colpitts 발진기의발진주파수 를유도해보고 실제로 Colpitts 발진기를꾸며서확인해본다. Clapp 발진기의되먹임회로는 Colpitts 발진기에서와같이두개의축전기 (C1, C2) 와한 개의코일 (L) 로이루어지되, 코일과직렬로축전기 (C0) 를추가한것입니다. 그림의회로에서는접합형전기장효과트랜지스터 (JFET) 의소스따르기 (source follower) 회로로서소스전압과입력 ( 게이트 ) 전압이같은위상이므로되먹임회로에서별도의위상차 - 80 -
없이바로되먹임을시킵니다. 이회로의발진주파수는 입니다. Ex. 5 위 Clapp 발진기의발진주파수 를유도해보고 실제로 Clapp 발진기를꾸며서확인해본다. 3 수정결정발진기 (quartz crystal oscillator) 회로 되먹임회로의여과기로수정결정편 (quartz crystal) 을사용하는발진기회로입니다. 수정은압전체로서거꿀압전효과를갖습니다. 즉, 수정결정편에입혀진전극사이에교류전압을가하면결정편에는같은주파수의역학적진동이일어납니다. ( 수정결정편의진동모드들 ) - 81 -
결정편의결정방향에따라서일어나는진동의형태가결정되며, 결정편의크기 ( 두께등 ) 에따라서서있는역학적파동이생기는껴울림진동수들이결정됩니다. 수정결정발진기에서는껴울림진동수에해당하는주파수로발진을일으키는데, 수정결정편의역학적인 Q 값이매우크기 (10 4 ~10 5 ) 때문에껴울림곡선이매우날카로와서 ( 선폭이껴울림주파수의 10-5 ~10-4 밖에되지않음 ) 일정한주파수로발진을일으키는데는 LC 발진기 (Q 값 ~ 100) 보다유리합니다. 그러나온도에따라서수정결정편의껴울림진동수가변하는데결정면을잘택하면 ( 예 : AT-cut) 사용하는온도주위에서는온도에따른껴울림진동수의변화를최소로할수가있습니다. 더나은주파수안정도의발진기를위해서는온도가일정하게조절된오븐안에수정결정편을넣어두고발진을시키는오븐-조절수정발진기 (oven-controlled crystal oscillator, OCXO), 수정결정편의온도변화에따른주파수변화를보상하는온도보상수정발진기 (temperature- compensated crystal oscillator, TCXO) 등이쓰입니다. HP frequency counter 안에 내장된오븐 - 조절수정발진기 다음은수정발진기의주파수안정도를다른정밀발진기들과비교한것입니다. - 82 -
껴울림을일으키는수정결정편은전기적으로아래의등가회로로나타낼수있습니다. 등가 회로는결정편의역학적인진동특성을나타내는인덕턴스 L, 전기용량 C s, 전기저항 R 의 직렬연결과, 전기적인특성을나타내는병렬전기용량 C p 로구성이되어있습니다. 이수정진동자등가회로의임피던스를 라고하면, 리액턴스 (reactance) 성분 의주파수에따른변화는아래그림과같이두주파수 와 에서각각 0 이됩니다. 이주파수들이수정결정편에서껴울림이일어나는주파수로서 를직렬껴울림주파수, 를병렬껴울림주파수라고부르며각각 - 83 -
입니다. 실제로수정결정발진기의발진주파수는수정편의경계조건에의해서결정되는데두전극을열린회로조건 ( 높은임피던스부하에연결 ) 으로사용하면병렬껴울림주파수로, 닫힌회로조건 ( 낮은임피던스부하에연결 ) 으로사용하면직렬껴울림주파수로발진하며, 수정편에병렬로축전기를연결하면발진주파수를조금낮게조절할수있습니다. 수정결정편의역학적인진동은기본진동수의정수배가되는진동수에서도서있는파동을형성합니다. 이를이용하면수정발진기를써서고조파 (overtone) 의발진도가능합니다. 실제로기본진동수가높은수정편을만들려면두께를아주얇게해야하기때문에 20MHz 이상의기본진동수를갖는수정편을만들기가어렵습니다. 이보다더높은주파수의모든수정발진기는기본진동수의 3배, 5배또는 11배가되는고조파발진을시킨것입니다. 수정결정을사용한발진기회로에도 Colpitts 회로, Pierce 회로등여러가지가있습니다. 코일한개와축전기두개를사용하는 Colpitts 발진기회로에서코일대신에수정진동자 (X T) 를사용한 Colpitts 수정발진기회로의한예는아래와같습니다. 여기서 C1 과 C2 는충분히큰전기용량으로택해수정진동자가직렬껴울림주파수 로진동하도록하되출력신호를너무감쇄시키지않도록택합니다. 다음그림의 Pierce 회로는 Colpitts 수정발진기회로의변형으로서, 수정진동자의직렬 껴울림주파수에서임피던스가최소가되어발진이일어납니다. - 84 -
Ex. 6 수정결정발진기는수정편에흡착되는분자들에의해서도발진주파수가변하여이를이용해서흡착하는분자들의양을재는도구로도활용된다. 수정결정발진기를제작하여결정편에입김을불어수증기를흡착할때발진주파수가얼마나변하는지확인해본다. (2) 음저항발진기 (negative resistance oscillator) 전자소자들중에는전압대전류 (I-V) 특성이단조롭지가못하고전압이증가할때전류가 증가하다가어느전압이상이되면오히려전류가감소하는, 그래서 로동적인저항 을정의하면, 저항이음수가되는음저항 (negative resistance) 의특성을갖고있는 소자들이있습니다. 다이오드와 Gunn 다이오드들입니다. 대표적인예가마이크로웨이브발생용소자들인 magnetron, tunnel E C D B F O A G 위 I-V 그림에서전압 과 사이의영역이음저항영역입니다. ( 주의 : 음저항이라고해서전류가전압과반대방향으로흐른다는것은아닙니다.) 음저항특성을갖는소자들은불안정성을갖습니다. 즉, 그림에서전류 가 과 사이의값을가질때해당전압이세가지나있어서소자가어떤전압을띌지결정하지못하는불안정성을말합니다. 전류를 0 (O점) 에서부터 E 점까지증가시켰다가감소시키면증가할때는 O A B C D E 로전압이증가하고, 감소시킬때는 E F G A O 로감소하는이력 (hysteresis) 특성을보입니다. 따라서이력영역안의전류가흐를때세가지전압중에서가운데 ( 음저항영역안에있는점 ) 것은불안정한상태여서제외되고, B 와 F 에해당하는전압으로주기적으로변하는변화가일어나게됩니다. 음저항소자를써서발진회로를구성하려면음저항소자와발진주파수의껴울림회로를함께사용하면됩니다. 음저항소자의특성이껴울림회로의신호감쇄를상쇄시켜일정한출력을얻을수있기때문에증폭기를쓰지않고도발진이일어납니다. - 85 -
1 마그네트론 (magnetron) 레이더나마이크로웨이브오븐에쓰이고있는마그네트론은자기장내에서운동하는전자 빔의금속빈구멍 (cavity) 과의상호작용에의해마이크로웨이브주파수의전자기파를발생 하는기구입니다. 음저항특성과껴울림구조 ( 빈구멍 ) 를마그네트론자체가갖고있기때문에, 히터전원과양극에고전압 (~ 4kV) 직류전원을가해주면, 빈구멍의크기에서결정되는마이크로웨이브주파수의마이크로웨이브를발생합니다. 마이크로웨이브오븐은마그네트론의전원외에도여러가지콘트롤및디스플레이기능을갖고있습니다. 따라서마이크로웨이브오븐의회로구성도복잡한데대표적인기능에대한개념도가다음그림에있습니다. - 86 -
( 마이크로웨이브오븐전자회로의구성 ) 2 터널다이오드 (tunnel diode, Esaki diode) 터널다이오드는 p-n 접합 (junction) 다이오드의한부류로서제작할때특별히반도체물질 (Ge, Si, GaAs 등 ) 에불순물첨가 (doping) 를많이한것입니다. ( 터널다이오드의표시 ) ( 터널다이오드 1N3716) 그러면 p 영역가전자대 (valence band) 의홀상태에너지준위와 n 영역전도대 (conduction band) 의전도전자상태에너지준위가같은에너지로정렬되며, 공핍층 (depletion layer) 의 두께도아주얇아 (~10nm) 전자와홀의양자역학적터널링 (tunneling) 이일어나게됩니다. pn 접합의순방향으로전압을증가시키면 p, n 영역의에너지준위의변화에따라처음에는터널링이증가하다가감소하게되어전류도증가하다가감소하고, 더증가시키면일반적인 pn 접합다이오드에서와같이순방향전류가흘러전류가증가합니다. 즉, 전압이증가할때터널링에의한전류가감소하는음저항영역이있습니다. - 87 -
( 순방향전압이가해진터널다이오드의에너지준위 ) 접합을통해 흐르는전류 터널링에의한 전류 ( 터널다이오드의전압대전류특성 ) 터널다이오드를사용한발진기회로의예는아래그림과같습니다. - 88 -
Ex. 7 기성품터널다이오드가아닌수제품 (home made) 터널다이오드의음저항특성을조사하고, 발진회로를제작한흥미로운사례가있다. (http://www.sparkbangbuzz.com/els/ntype-nr-el.htm) 이를참고해서자신의터널다이오드를찾아본다. 3 Gunn 다이오드 마이크로웨이브발생에주로사용되는 Gunn 다이오드는 GaAs 같은반도체물질의특이한에너지띠구조에서발생하는 Gunn 효과를이용한것입니다. pn 접합다이오드와는달리 Gunn 다이오드는 n 형반도체로만구성되어있습니다. 양끝에는불순물을많이첨가하고가운데얇은층은적게첨가한구조로만듭니다. 전압을다이오드양끝에가하면일반 ( 반 ) 도체에서와같이전압에비례해서전류가흐르다가, 어느이상이되면전류가감소하게됩니다. 즉, 음저항의특성을보입니다. 이것은 GaAs 의전압-전류특성을조사하던 Gunn 에의해서큰잡음이목격되면서발견되었는데, 음저항이생기는이유는뒤에가속된전자가전이 (transfer) 하는높은에너지띠 (third band) 에서전자의유효질량 (effective mass) 이커서이동도 (mobility) 또는유동속도 (drift velocity) 가느려져서저항이증가하는것으로알려졌습니다. th (Gunn 다이오드의예 ) (Gunn 아이오드의전압대전류특성 ) 이 Gunn 효과는균일하게불순물이첨가된 GaAs 에서도생기는데, 이때는반도체내에서마구잡이로전자나홀밀도가큰영역이생기면 ( 큰전압을가해높은에너지띠로전이가가능할때는 ) 전기장이센곳의이동도가더작아영역의폭이좁혀지는 (bunching) 효과가있어구역 (domain) 을형성하며 (+) 전극을향해이동합니다. 이때외부에껴울림회로가없으면구역이전극과전극사이를이동하는데걸리는시간을주기로전류가진동을하지만, 껴울림회로가있으면껴울림회로의주파수로진동을하게됩니다. - 89 -
(Gunn diode 발진특성의원리 ) TE 101 모드 (Gunn 다이오드발진기의두가지기본구조 ) 1 Gunn 다이오드 2 열린구멍 (aperture) - 90 -
2) 비선형발진기 (nonlinear oscillator 또는 relaxation oscillator) 정현파가아닌톱날파 (sawtooth wave) 나삼각파 (triangular wave) 또는사각파 (square wave) 등을발생하는발진기를말하며, 축전기나인덕터 ( 주로축전기 ) 에전기에너지를충전 / 방전하는형태로발진을일으킵니다. 따라서이회로는비선형소자인스위치를포함하기때문에비선형발진기라고부릅니다. 아래그림과같은 RC 충전회로의특성은물리학 2 에서다룬것과같이 입니다. 충전된축전기전압이스위치의문턱전압 를넘어서면축전기는스위치를통해방전을 시작합니다. 스위치의저항을 이라고하면방전되는축전기전압은 - 91 -
입니다. 축전기전압이낮은문턱전압 에다다르면스위치가닫히고다시충전이일어납니다. 따라서축전기를사용한완화발진기의파형은톱날파에가깝고, 주기는문턱전압에따라서 입니다. Ex. 8 완화발진기의충전 / 방전전압과주기의표현식을유도한다. 사각파발진기는디지털회로의시계신호 (clock signal) 를얻는데많이쓰이므로다음장에서다루기로합니다. 여기서는톱날파나삼각파를얻는몇가지의발진기회로를살펴보기로합니다. - 92 -
(1) 네온램프를스위치로사용한완화발진기 네온램프의 ON/OFF 문턱전압특성을이용하여충전된축전기를방전시키는방법입니다. 충전하는동안은네온램프를통해서는전류가흐르지않고 RC 회로를통해서충전되다가축전기전압이네온램프의높은 (ON) 문턱전압을넘으면네온램프를통해서방전이됩니다. 축전기전압이네온램프의낮은 (OFF) 문턱전압에다다르면네온램프가꺼지고다시충전사이클을시작합니다. 이같은방법으로축전기전압 ( 또는네온램프에가해지는전압 ) 이일정한톱날파형태의파형을갖게됩니다. 발진파형의주기는대략 5RC 가됩니다. 실제사용가능한회로의예가아래그림과같습니다. 여기서는 3 배압정류회로를사용하여 1000V DC 를공급하고, 전기용량 1mF 내압 1000V 이상인축전기와문턱전압이 400V 인네온램프를사용하고있으나카메라플래시용제논 램프를사용해도무방합니다. Ex. 9 위완화발진기의출력전압 ( 플래시튜브에가해지는전압 ) 파형을 스케치해본다. (2) 타이머 IC 를스위치로사용한완화발진기 555 타이머 IC 와같은타이머 IC 의비교기 (comparator) 를스위치로사용해서일정전압 사이에서축전기의충전과방전이일어나도록한완화발진기입니다. - 93 -
100kW 가변저항 R1 으로발진주파수를조절하고 25kW 가변저항 R2 로는발진파형의 상대적인폭을조절합니다. 사용하는축전기의전기용량에따라발진주파수의조절범위가 C1 10mF 1mF 0.01mF f 0.07Hz ~ 250Hz 10Hz ~ 7kHz ~ 300kHz 같이변합니다. ( 완화발진기의제작사진 ) - 94 -
Ex. 10 위완화발진기를만들어서발진특성을확인해본다. 참고로, 여기서사용한 555 타이머 IC 에대하여살펴봅니다. 8 pin dual-in-line package (DIP) 로포장된 555 IC 의 pin 번호는 IC 를위에서보아점이찍힌곳에서부터시계바늘 회전반대방향으로매깁니다. 각 pin 의기능은다음과같습니다. 555 타이머 IC 의내부기능은아래와같습니다. 두개의비교기 (comparator 1, 2) 와 SR(set-reset) flip-flop, 출력회로와 open 콜렉터의 트랜지스터로구성되어있습니다. - 95 -
IC 내부회로의전압분배기 (5kW 저항 3개의직렬연결 ) 에의해서첫번째비교기의안뒤집는입력과두번째비교기의뒤집는입력은각각 ⅓ V cc 와 ⅔ V cc 로되어있습니다. 여기서 V cc 는 ( 콜렉터 ) 전원전압을가리킵니다. 비교기 1 의뒤집는입력인 Trigger 전압이 ⅓ V cc 보다낮으면비교기 1 의출력 ( 즉, flip-flop Set 입력 ) 이 HIGH 상태가되어 flip flop 의출력 Q 가 HIGH, Q bar 가 LOW 상태가되어서 (open 콜렉터 ) 트랜지스터도 OFF 상태로있습니다. 비교기 2 의안뒤집는입력인 Threshold 전압이 ⅔ V cc 가되면비교기 2 의출력 ( 즉, flip-flop Reset 입력 ) 이 HIGH 상태가되어 flip-flop 의출력 Q 가 LOW, Q bar 가 HIGH 상태가되어서 (open 콜렉터 ) 트랜지스터가 ON 상태로바뀝니다. 위의완화발진기회로에서는 Trigger 전압과 Threshold 전압을함께축전기 C1 에 350kW 과 R1, R2 의직렬연결저항을통해전원전압 +5V 로충전되는전압을가하고있습니다. 따라서회로의전원을켜면축전기 C1 이충전되다축전기전압이 1.67V 가되면발진기출력 Q 가 HIGH 가되고, 충전이더이어지다가축전기전압이 3.33V 가되면발진기의출력 Q 가 LOW 상태로바뀌면서트랜지스터가 ON 되어축전기 C1 에충전되었던전하는저항 R2 를거쳐방전이됩니다. 따라서충전시시간상수는 t charge = (R1 + R2 + 350kW)C1 이고, 방전시시간상수는 t discharge = R2C1 입니다. 방전에의해축전기의양단전압이 1.67V 이하로떨어지면, 발진기의출력 Q 가 HIGH 로바뀌고트랜지스터도 OFF 되면서방전이멈추고다시충전이일어납니다. 이같은과정을반복하기때문에출력 Q 에는 ON 상태 (+5V) 와 OFF 상태 (0V) 의폭이다른사각파가출력되고축전기양단즉, Trigger 입력 ( 또는 Threshold 입력 ) 에는충전과방전시간이다른톱날파가생겨납니다. 이같이 Trigger 와 Threshold 입력을함께묶어서축전기의충전전압으로연결함으로써발진기로사용하는방법을타이머 IC 의불안정 (astable) 방식이라고부릅니다. Ex. 11 위완화발진기의축전기전기용량 C1 에따른발진 주파수의조절범위를계산하여확인해본다. 타이머 IC 555 의규격은아래와같습니다. 해야하고또, 미리필요한규격을만족시키는 IC 를골라야합니다. IC 를사용할때는규격내에서동작하도록 555 타이머 IC 의내부회로도를보입니다. 많이복잡하지만위에서언급한기능을갖는 부분회로들을찾아내보도록합니다. - 96 -
(555 타이머 IC 의내부회로 ) (3) 비교기 (comparator) IC 를스위치로사용한완화발진기 출력이 +V DD 와 -V SS 사이에서스위칭되는비교기 IC 를이용하여축전기를 (+) 와 (-) 전압으로충전시키는방식의발진기입니다. 위회로에서축전기 C 에는저항 R 을통해서출력전압 V out 으로충전이일어나는데, 이출력전압을나누어 ( 전압분배기, voltage divider) 비교기의안뒤집는입력으로써서축전기전압과비교함으로서, 일정한전압 V th1 까지충전이일어나면출력전압의극성이바뀌어충전 ( 즉, 먼저방전이되고이어서바뀐극성으로충전 ) 이되고또, 바뀐극성으로일정전압 V th2 까지충전이되면다시출력전압의극성이바뀌게되어서충전-방전-충전을거듭하게 - 97 -
됩니다. 위완화발진기회로의경우는충전과방전이같은전압크기로같은저항을써서일어나기때문에축전기전압파형은같은시간상수를갖는톱날파형이되고, 비교기의출력전압파형은같은폭의 (+) 와 (-) 전압을갖는사각파형입니다. 아래그림에서의 은비교기의안뒤집는입력전압 를가리킵니다. 또, 이완화발진기의발진주파수는 입니다. Ex. 12 위완화발진기의주파수표현식을유도하고실제로 회로를만들어서확인해본다. - 98 -
3) 함수발생기 (function generator) 전자회로실험에서편리하게사용할수있는여러가지 ( 정현파, 사각파, 삼각파, 톱날파등 ) 파형의연속또는펄스를발생시킬수있는장치입니다. 보통오디오주파수영역에서만작동하는것이많으나수십메가헤르츠까지발생시키는것도있습니다. 또, 주파수계기능이나주파수휩씀기능, 변조된파형을발생할수있는기능, 트리거기능등을갖고있는것도있어서사용이좀복잡합니다. 다른측정장치도그렇지만함수발생기도보유기능을잘활용하면질높은측정이나실험을할수있습니다. 여기서는간단한홈메이드함수발생기와전자학및계측론실험실에서사용하고있는함수발생기에대해서살펴봅니다. (1) 홈메이드함수발생기 함수발생기기능을하는 IC( 예 : MAX038) 들이있습니다. 이 IC 를활용하면간단한함수발생기는직접만들수도있습니다. 한예를소개합니다. (http://electronics-diy.com/electronic_ schematic.php?id=584) 만들어진겉모양과내부회로도는아래와같습니다. - 99 -
여기에사용한 MAX038 IC 는 0.1Hz ~ 20MHz 까지의주파수범위에서삼각파, 톱날파, 정현파, 사각파및 TTL 펄스를출력임피던스 0.1W 으로출력합니다. 발진주파수와복무율 (duty cycle) 을독립적으로조절할수있으며, 1/350 범위에서주파수휩씀 (frequency sweep) 기능도갖고있습니다. MAX038 IC 의핀구성과기능은다음과같습니다. 3 번과 4 번 pin 에가해주는 A0 와 A1 의 TTL 입력에따라서생성되는출력파형은아래와 같습니다. - 100 -
아래는 MAX038 함수발생기 IC 의내부구조와함수발생기로의기본적인연결방식입니다. 발진기 (OSCILLATOR) 는완화발진기로일정전류로축전기 C F 를충전 / 방전시켜삼각파와사각파를발생합니다. 충전과방전이일정전압하에서이루어지는것이아니라일정전류하에서이루어지기때문에축전기양단의전압파형이톱날파가아니라삼각파가됩니다. 충전 / 방전전류는 FADJ 와 DADJ 전압으로 2mA~750mA 로조절이가능합니다. 복무율 (duty cycle) 도 DADJ 전압으로 10%~90% 범위에서조절이됩니다. Multiplexer(MUX) 를거쳐선택된파형은출력증폭기에서 ±1V 로증폭됩니다. 이함수발생기 IC 는이밖에도외부신호를동기 (SYNC) 시키는기능도있습니다. - 101 -
(2) Protek G305 휩씀함수발생기 (Sweep Function Generator) 전자학및계측론실험실에서사용하는함수발생기입니다. 수의버튼에서알수있듯이다양한기능을갖고있습니다. 제대로활용할수가있습니다. 기기의전면판넬에있는많은 각각의기능을잘이해해야만 우선함수발생기의기본적인기능은정현파, 삼각파또는사각파형신호를원하는주파수와출력전압으로안정되게공급하는것입니다. 그다음필요에따라서출력신호의복무율 (duty cycle) 을바꾼다든지직류전압을얹고 (dc offset), 주파수를휩쓸거나 (sweep), 크기를변조시키고 (amplitude modulation), 일정한시간동안만출력하거나 (gate, burst) 동기하는 (trigger, synchronization) 등의기능을합니다. 부수적으로는외부신호의주파수를측정하는주파수계 (frequency counter) 역할도할수있습니다. 여기서는이들기능에대해서살펴보고사용방법을익히도록합니다. 1 주요규격 (specification) 주파수범위 : 9영역으로나뉘어 0.01Hz - 10MHz 출력파형 : 정현파, 삼각파, 사각파, 경사파 (ramp), 펄스 파형특성 : 정현파 flatness (0.01Hz - 100kHz) ±0.2 db (100kHz - 10MHz) ±2 db 삼각파 linearity error (100kHz) < 1 % 사각파 rise/fall 시간 (max. 출력 ) 25 ns - 102 -
출력특성 : 출력전압 20V pp ( 열린회로전압 ) 감쇄기 0, 20, 40, 60dB, 연속 DC offset ±10V max ( 열린회로전압 ) Ex. 13 Protek 함수발생기의규격을오실로스코프로확인한다. 2 전원전압선택방법 이기기는 100V, 120V, 220V, 240V 의교류전압에서사용할수가있도록전원변압기의 1차코일에중간가지 (tab) 를내고있습니다. 교류전압 (220V) 과맞는중간가지를사용하는것이중요합니다. 기기의뒤편을보면퓨즈함에전압이적혀있는데바른전압이 표시와일치하는지확인합니다. 만약잘못되어있다면전원코드를뺀다음퓨즈함을꺼내어바른위치로끼워넣습니다. 3 앞면과뒷면판넬의모양 - 103 -
앞면판넬의손잡이나버튼의기능중에서자명한것은제외하고중요한것만언급합니다. 3. FREQ RANGE 스위치출력신호의주파수대역을정합니다. 즉, 4번 FREQ/STOP FREQ 손잡이위치로정한 0.1~10 사이의값에곱하는 10 n 의지수 n을정하는것입니다. 이때주파수대역 ( 즉, 지수 n) 에따라서신호를평균하는시간이달라지는점에유의합니다. 4. FREQ/STOP FREQ 손잡이앞서설명한대로출력신호의주파수를미세조정 (fine control) 하는손잡이입니다. 다만, 5번방식선택버튼들중에서 SWEEP 버튼이눌려진경우에는주파수휩씀의종료주파수를정하는역할을합니다. 5. MODE 버튼출력이나오는방식을선택하는버튼들로연속파 (CW), 트리거신호가 HIGH 가될때출력하는한주기의파 (TRIG), 트리거신호가 HIGH 인동안에만출력하는파 (GATE), 내장된 burst gate 발진기의신호가 HIGH 인동안에만출력하는파 (BURST), 주파수를휩쓰는출력 (SWEEP) 을선택할수있습니다. 6. FUNCTION 버튼 출력파형을선택할수있는버튼으로아무버튼도눌려지지않으면 7 번손잡이로 조절되는 DC 전압을출력할수있습니다. 7. DC OFFSET 손잡이가운데손잡이를잡아당기고 (PULL) 바깥손잡이를돌리면출력되는파형에 ±10V 범위의직류전압을얹을수있습니다. 직류전압만을얻는데도쓸수있습니다. 그러나출력임피던스가 50W 으로높고전류용량이크지않기때문에직류전원을대신해서쓸수는없습니다. 9. OUTPUT BNC 50W BNC 콘넥터가달린동축선으로출력신호를빼쓸수있는 BNC receptacle 로임피던스맞춤된부하에최대 10V pp 의출력을할수있습니다. 10. TRIG START LEVEL 손잡이 5 번 MODE 버튼이 TRIG, GATE 또는 BURST 중하나가눌려져있을때파형이 출력되기시작하는트리거또는 (burst) 게이트전압을조절하는손잡이입니다. - 104 -
11. SYMMETRY 손잡이가운데를잡아당기면 (PULL) 바깥손잡이로출력신호 (OUT PUT) 와동기신호 (SYNC OUT) 의파형대칭성을 20:80 에서 80:20 사이의범위로조절할수가있습니다. 가운데부분을누른상태에서는대칭적인 (50:50) 파형이출력됩니다. 12. SYNC OUT BNC 동기신호의출력단자로이로부터출력신호와 180 o 50W 의출력임피던스로출력됩니다. 위상차가있는 TTL 신호가 13. TRIG IN BNC 트리거또는게이트신호를입력시키는단자로 TTL 신호를입력시킵니다. 14. COUNT 버튼 주파수계를내부출력신호의주파수 (INT) 또는 15 번 EXT IN BNC 로입력시킨 외부신호의주파수 (EXT) 측정용도로선택하는버튼입니다. 16. AM ON/OFF 버튼 17 번 MOD IN BNC 로입력시킨신호로진폭변조 (amplitude modulation, AM) 를 시킬수있는버튼입니다. 17. MOD IN BNC 진폭변조용신호를입력시키는단자로 10kW 의입력임피던스를갖고있으며, DC~1MHz 주파수범위에서최대 ±10V 의신호를입력시킬수있습니다. 18. LIN/LOG 버튼 SWEEP 모드에서선형또는대수함수 (logarithmic) 휩씀방식을선택하는버튼 19. SET START/SWEEP START 버튼 SWEEP 모드에서주파수휩씀의시작점의주파수를 20번 SWEEP START/MOD LEVEL 손잡이로정하고 (SET START 버튼이눌려진경우 ), 휩씀을시작합니다 (SWEEP START 버튼이눌려진경우 ). 휩씀을끝내는주파수 (sweep stop frequency) 는 4번 FREQ/STOP FREQ 손잡이로정합니다. 20. SWEEP START/MOD LEVEL 손잡이 SWEEP 모드에서휩씀의시작점주파수를정하거나, AM 모드에서변조준위 (modulation level) 를조정하는데사용합니다. - 105 -
21. TIME 1~100ms/0.1~10s 버튼 BURST 와 SWEEP 모드에서 burst 게이트와휩씀의시간범위를선택하는스위치 22. AM CARRIER LEVEL 손잡이 AM 모드에서반송파 (carrier) 의전압크기를조절하는손잡이입니다. 손잡이를 0 부근에맞추면반송파없이 double sideband(dsb) 신호가출력됩니다. 23. SYMMETRY/VARIABLE 손잡이가운데손잡이를잡아당기면 burst 와 sweep 신호파형의대칭성 (ON/OFF 시간 ) 을조정할수있습니다. 가운데손잡이가눌려지면 ON/OFF 시간은 50:50 으로고정됩니다. 바깥손잡이로는 burst 와 sweep 시간을 21번 TIME 1~100ms/0.1~10s 버튼선택범위안에서연속적으로조정할수있습니다. 다음은뒷면판넬입니다. 24. GCV OUT BNC 발진주파수에비례하는직류전압을출력하는단자입니다. SWEEP( 휩씀 ) 모드에서주파수나외부입력신호의주파수를전압신호로관찰 ( 기록 ) 하는데사용됩니다. 25. SWEEP OUT BNC 내부휩씀발생기 (sweep generator) 의출력신호를이용할수있는단자입니다. SWEEP 모드의주파수에따른측정결과를 xy 기록기 (recorder) 나오실로스코프로관찰하는데 x-축신호로사용됩니다. - 106 -
26. SWEEP/BURST GATE OUT BNC BURST/SWEEP 모드에서 TTL 게이트신호를출력하는단자입니다. 27. VCG IN BNC 전압으로출력신호의주파수를바꿀수있는입력단자입니다. 최대 10V 의 (+) 전압을가하면주파수가증가하고, (-) 전압을가하면감소합니다. 31. Grounding Terminal 기기내부의몸체와연결된단자로서기기를접지 (earth) 시켜야할필요가있을때 접지선을연결합니다. 4 주의사항 1. 입력전압주의 출력단자에외부에서전압을가하면내부회로가손상되므로가하지않도록합니다. 입력단자에도허용전압을초과해서전압을가하지않도록합니다. - 107 -
2. 출력신호의연결 출력단자의출력임피던스가 50W 이므로, 고유임피던스가 50W 인동축선과 50W terminator 를사용해측정기에연결시켜야임피던스맞춤이되고, 서있는파동을 만들지않습니다. 5 기본신호 ( 정현파, 삼각파, 사각파 ) 와동기신호의발생 1. 정현파 출력정현파의총어울림변형 (total harmonic distortion, THD) < 0.5% (10Hz ~ 50kHz) 변조정현파의총어울림변형 < 2% (10Hz ~ 10kHz) - 108 -
2. 삼각파 삼각파형의 rms 전압은 V rms = 0.557V p (V p : 첨두전압 ) 입니다. 선형도 (linearity) < 1% of V pp (V pp : 첨두간전압 ) 3. 사각파 복무율 (duty cycle) 이 50% 인대칭사각파형의 rms 전압은 V rms = V p (V p : 첨두전압 ) 입니다. 평평도 (flatness) < 1% of V pp (V pp : 첨두간전압 ) rise/fall time < 25ns (10%-90% of V pp) 4. 동기신호 출력신호와 180 o 위상차가나는 1V 사각파형 6 트리거 / 게이트모드 TRIG IN 입력단자에 TTL 신호를입력시켰을때출력되는신호는모드와파형선택에따라 다음과같습니다. 트리거신호의주파수범위는 DC~100kHz 이고, 트리거또는게이트모드의출력신호의주파수범위는 0.1Hz~1MHz 입니다. 위그림에서의출력신호들은 TRIG START LEVEL 손잡이를가운데놓았을때의출력신호들입니다. TRIG START LEVEL 손잡이를돌리면출력신호가달라집니다. - 109 -
이때아래그림과같은파형을 Haver 정현파또는 Haver 삼각파라고부릅니다. 7 BURST 모드 기기내부에 1ms~10s 주기로 burst 파를생성하는 burst 게이트발진기가있습니다. 발진 파형의대칭성 (T 1 : T 2) 과주기 (T = T 1 + T 2) 는 SYMMETRY 손잡이로조절합니다. T 1 T 2 T 8 SWEEP 모드 주파수휩씀은선형또는대수함수방식으로정해진주파수범위에서선택이가능합니다. 휩씀시간은 1ms~10s 로택할수가있습니다. SWEEP START/MOD LEVEL 손잡이로휩씀을시작하는주파수를정하고, FREQ/STOP FREQ 손잡이로휩씀이끝나는주파수를 - 110 -
정합니다. 9 대칭성 출력파형의대칭성은 SYMMETRY 손잡이로조절이가능합니다. 손잡이의가운데부분을누르면대칭인 (50:50) 파형이출력되고, 잡아당기면대칭성을 20:80 에서 80:20 까지바꿀수있습니다. 대칭성조절은 1MHz 이하의주파수에서가능합니다. 손잡이의가운데부분을잡아당겨대칭성을조절하는경우출력신호의주파수요동 (fluctuation) 이증가함에유의합니다. - 111 -
10 DC OFFSET/DC OUT DC OFFSET 손잡이를잡아당기면출력파형에직류전압을얹을수있는기능으로서, 출력단자를 50W 으로 terminate 한경우 ( 출력파형 + 직류 ) 의첨두 (peak) 값이 ±5V 범위에서, terminate 시키지않은경우 ( 출력파형 + 직류 ) 의첨두 (peak) 값이 ±10V 범위에서조절이가능합니다. DC offset 전압은 ATT (db) 손잡이의위치에따라감쇄되며, DC OFFSET 손잡이를눌러 offset 을끈경우에도최대 100mV 의 offset 전압이있음에유의합니다. FUNCTION 버튼이모두나와있는경우에는출력단자로 DC 전압만이출력됩니다. 높은임피던스로연결하는경우 DC OFFSET 손잡이를조절하면 ±10V 범위의직류전압이출력됩니다. 출력임피던스가 50W 이므로, 출력전압과출력전류사이의관계는다음의그림과같습니다. 11 진폭변조 MOD BNC 로입력시킨 DC~1MHz 신호로출력신호를진폭변조시킬수있습니다. 입력 - 112 -
임피던스는 ~10kW 이며, 최대 (100%) 변조를일으키는데필요한변조신호는 5V pp 입니다. 진폭변조의정도는반송파 (carrier) 의크기에대한변조신호크기의비를 % 로나타내며, 그정의와다양한진폭변조상태는다음과같습니다. AM CARRIER LEVEL 손잡이의위치를 표시에맞추면반송파가억제된 double side band(dsb) 신호가출력됩니다. 이때, 신호의파형은다음그림과같습니다. - 113 -
12 Voltage controlled generator(vcg) VCG IN BNC 입력단자에입력한전압으로출력신호의주파수를조절할수있는기능이며, (-) 전압을가하면주파수가낮아지고 (+) 전압을가하면주파수가높아집니다. 또, 교류전압을가하면주파수변조 (frequency modulation, FM) 을일으킬수있습니다. 입력전압의크기에따른주파수변화의정도는 FREQ RANGE 손잡이의위치에따라달라집니다. 예를들어 FREQ/STOP FREQ 손잡이를 10 의위치에놓고, -2V 를 VCG IN 에입력하면 FREQ RANGE 손잡이가 1K 의위치에있을때출력신호의주파수는 6kHz 가됩니다. 즉, VCG 신호가가해지지않았을때의 10kHz 주파수에비해 4kHz 낮은주파수가됩니다. 13 Gated Sweep SWEEP OUT 신호를 VCG IN 에, SWEEP/BURST GATE OUT 신호를 TRIG IN 에연결 시키면 gated sweep 기능을갖습니다. - 114 -
14 출력전압휩씀 (output voltage sweep) 기능 SWEEP OUT BNC 출력단자를 MOD BNC 입력단자에연결시키면출력전압을휩쓸수 (sweep) 있습니다. 이경우출력되는신호의전압은시간에따라서다음과같이변합니다. - 115 -
4) 주파수합성기 (frequency synthesizer) 주파수의안정도가좋은수정결정발진기가있습니다만발진주파수가한가지 ( 또는몇가지 ) 주변으로국한되는단점이있습니다. 한가지주파수의수정결정발진기를사용하여일정주파수범위안에서안정된여러주파수를발생시키는장치 ( 회로 ) 입니다. 주파수곱하기 (frequency multiplication), 주파수나누기 (frequency division), 주파수섞기 (frequency mixing) 를이용해서원하는주파수의정현파신호를합성합니다. Direct analog synthesis (DAS) 방식, direct digital synthesis(dds) 방식, indirect digital synthesis(pll) 방식으로나뉩니다. DAS 방식은 1963년처음출현한 0-50MHz (0.01Hz resolution) 주파수합성기인 HP 5100A 에적용되었고, 내부구조도는다음과같습니다. 주파수더하기 (+), 나누기 ( ) 및빼기 (-) 를활용하여 1MHz 내부수정결정발진기의신호로부터직접출력신호를합성합니다. 여기서는 PLL(phase locked loop) 방식의주파수합성기를살펴보고, DDS 방식은다음장 ( 디지털신호의발생 ) 에서소개하기로합니다. (1) PLL 합성기 PLL 은표준 (reference) 신호에일정한위상관계를갖는신호를출력하는회로로서, 가변주파수발진기 (variable frequency oscillator) 와위상검출기 (phase detector) 로구성되어있습니다. 발진시킨신호와표준신호의위상차를검출하여가변주파수발진기에되먹임 (feedback) 을시키는방법으로표준신호의위상에맞춘출력신호를발생시킵니다. - 116 -
PLL 을사용한주파수합성기의개념도는아래와같습니다. 전압조정발진기 (voltage controlled oscillator, VCO) 의출력주파수 (f o ) 를나누어 ( N) 위상검출기에표준신호로되먹임시킴으로위상 ( 주파수안정도 ) 을수정결정발진기등으로안정화된주발진기 (Master Oscillator) 의주파수를나누기 ( R) 한주파수 f r 에맞춥니다. 따라서 R 로주발진기의주파수보다낮은안정화된주파수를, N 으로높은주파수를출력할수있습니다. 1 고정주파수합성기 (fixed frequency synthesizer) PLL을이용한주파수합성방법으로수정결정발진기로얻을수없는높은주파수의신호를안정되게만드는기구로 Mini-Circuits 의 KSN-490A-1C19+ (490MHz) 이한예입니다. 아래그림은 KSN-490A-1C19+ 의내부구조도입니다. 이 hybrid IC 의 REF In 에 10MHz, 1±0.2V pp 의사각파신호를입력하면 R = 2 로 5MHz 의비교주파수와 N = 98 로 490MHz, 0.5±3 dbm 의출력을합니다. 여기서 dbm 이란일률 (power) 을나타내는한단위로 1mW 의일률을단위 (P ref) 로한일률 P 를데시벨 [db = 10log 10(P/P ref)] 로나타낸것입니다. 즉, 0dBm 의출력은 1mW 이며, 0.5dBm 의출력은 1.1mW 에해당합니다. 50W 부하양단의전압은 230mV 입니다. - 117 -
KSN-490A-1C19+ 의생긴모양과 pin 구조및대표적인사용예는아래와같습니다. - 118 -
2 High-frequency waveform generator IC MAX038 을사용한주파수합성기함수발생기에서소개한 IC 인 MAXIM 의 MAX038 IC 는위상검출기와일정전류에의한완화발진기를내장하고있어 PLL 이나주파수합성기로활용이가능합니다. 아래회로도는 8kHz~16.383MHz 범위에서 1kHz 의분해능으로정현파, 사각파또는삼각파를출력하는주파수합성기회로입니다. 모토롤라의 MC145151 IC 로수정발진기와주파수 N 회로및위상검출기를구성합니다. 주파수선택스위치들로출력주파수를정하는데스위치가열리면 (open) 해당하는주파수만큼출력주파수가증가합니다. 이스위치는 MAX7541 12-bit 디지털-아날로그변환기 (digital to analog converter, DAC) 를통해 MAX412 OP amp 로전류로변환되어 MAX038 의 IIN 핀으로입력되면넓은범위에서주파수가조정됩니다. 미세주파수조정은 MC145151 의위상검출기와 MAX427 OP amp 를사용한차동증폭기 (differential amplifier)/ 저역통과여과기 (lowpass filter) 회로로이루어집니다. 위상검출은수정발진기의 N 주파수신호와 MAX038 의 SYNC OUTPUT 주파수신호를비교하여위상차이정보를 MAX427 OP amp 로보냅니다. OP amp 의출력신호는 MAX038 의 FADJ 핀에가해져미세주파수조정을합니다. 출력회로의 50W 50MHz 저역통과여과기회로는 16MHz 이하사각파와삼각파를통과시키고, 그러나 N 회로에서발생하는고주파 (> 50MHz) 잡음을제거하는역할을합니다. - 119 -
5) 아날로그신호발생시주의사항 측정에필요한 ( 아날로그 ) 신호를발생하는회로를제작하거나신호발생기를사용할때몇 가지주의할점을정리합니다. 1. 신호의주파수및전압의조정이편리하고안정되어야함 아날로그신호의발생방법에따라서발생된신호의주파수나전압이일정하지못하고온도, 부하및전원전압의변동에따라바뀌는특성이다른것에유의합니다. RC 나 LC 회로를사용한발진기의경우저항값, 축전기의전기용량, 코일의인덕턴스가온도나회로변수의변화에의존하기때문입니다. 주파수안정도에서는수정결정발진기가가장우수한특성을갖고있으며, 그러나결정축을잘택해야하고또, 큰범위의변화에는영향을받기때문에, 정밀을요하는장치에서는온도가조절된오븐수정발진기나온도보상된수정발진기등을사용합니다. 여러면에서아날로그신호원으로주파수합성기가탁월하며, 다양한파형을요구하는실험실에서의용도로는함수발생기가적합합니다. 또, 대부분의측정기가자체발열때문에처음전원스위치를켠뒤 30분정도는내부의온도가변한다고봐야합니다. 따라서측정을위해서는측정기나회로를동작시킨뒤 30분뒤부터측정을시작하는것이좋습니다. 2. 신호의파형이깨끗해야함 모든발진기는신호발생시생겨나는고조파등때문에신호의파형이원하는파형으로부터벗어나거나원치않는주파수성분을포함하는특성이있습니다. 필요한경우저역통과 (low-pass) 여과기나대역통과 (band-pass) 여과기등을사용하여걸러냅니다. 또한, 출력신호를다른측정기에전달하는경우에신호전달선의임피던스맞춤에실패하면반사파나서있는파동으로인해 2차적인신호의변형이일어날수있습니다. 3. 신호를변조시키는경우변조정보를손실이나추가없이제대로전달해야함 전압의변동 ( 진폭변조, AM) 이나주파수변동 ( 주파수변조, FM) 또는위상의변화 ( 위상변조, PM) 를통해정보를전달하는경우가있습니다. 이경우에정보는반송파 (carrier) 보다는변조파 (modulation wave) 에실려있으므로신호를정확하게변조시키는것이중요합니다. 또, 반송파의특성 ( 진폭, 주파수, 위상등 ) 이변하면변조신호에도영향이미치므로변조된신호를발생하는경우에도안정된반송파의발생은중요합니다. - 120 -