Ch. 16 Oscillators
Crystal-Controlled Oscillators 수정발진기 (Crystal-Controlled Oscillators): 안정되고정확한발진기 압전효과 (Piezoelectric effects): 기계적충격에의해서진동하는주파수에서전압을발생 교류전압이인가하면주파수로진동 압전효과물질 : 수정 - 매우높은 Q 값 ( 수천 )
Crystal-Controlled Oscillators 직렬공진탱크회로 병렬공진탱크회로 : 콜핀츠발진기변형
Crystal-Controlled Oscillators 수정에서발진모드 압전수정의두가지모드 : 기본 (fundamental) + 고음 (overtone) 기본주파수 : 가장낮은주파수 수정의기계적인결정방향, 절단한형태등에의해서결정 수정결정편 (slab) 의두께에반비례 상한주파수 : 20MHz 깨뜨리지않고얇게자르는데한계가존재하므로 고음 : 기본주파수의홀수배 (3, 5, 7, )
Relaxation Oscillation 이완발진기 (Relaxation Oscillation) RC 타이밍회로와소자를이용해서주기적인파형발생 삼각파, 전압제어발진기, 구형파등
Triangular-Wave Oscillator 삼각파 (Triangular-Wave Oscillator) 적분기
Triangular-Wave Oscillator 실제삼각파발진기
Triangular-Wave Oscillator 예제 16-4: f r, R 1 (f = 20 khz)?
Sawtooth Voltage-Controlled Oscillator (VCO) 전압제어발진기 (Voltage-Controlled Oscillator: VCO): 가변직류전압에따라주파수가벼하는이완발진기 전압제어톱니파발진기
PUT(Programmable Unijunction Transistor) 프로그램가능한단일접합트랜지스터 (PUT) - Anode 와 cathode 전압 V AK > 0.7 V: PUT ON 가능 ( 아직 PUT ON 되지못하고다음조건을만족할때 ON) - Anode 와 gate 전압 V AG > 0.7 V: 순방향바이어스로다이오드는 ON PUT ON
PUT(Programmable Unijunction Transistor) 프로그램가능한단일접합트랜지스터 (PUT) VAG = VA VG = 0.7V PUT ON V AK 0.7V까지감소 > V = V = V + 0.7V P A G
Sawtooth Voltage-Controlled Oscillator (VCO) 전압제어톱니파발진기 반전입력에직류입력전압 V IN 인가 출력은양전압 - V out V G < 0.7 V 동안 PUT off C 충전 V out 증가 - 충, 방전시간 : R i C 의시상수이용 - V out V G > 0.7 V PUT ON C 방전 V out 감소 - V out 의최대값 V p : > V out = V p = V G + 0.7V
Sawtooth Voltage-Controlled Oscillator (VCO) 유도과정 : I in Δt ΔV Δ = C = C Δt ΔV = C = C I in ( V V ) out out =, Δt Vp VF VIN V R i ΔV C Δt Vp V = VIN CR i F
Sawtooth Voltage-Controlled Oscillator (VCO) 예제 16-5: Output? 0.7 V 무시
Sawtooth Voltage-Controlled Oscillator (VCO) 예제 16-5: Output?
Square-Wave Oscillator 구형파 (Square-Wave Oscillator) : 미분기와유사 Capacitor의충전과방전에기인연산증폭기반전입력 : capacitor 전압연산증폭기비반전입력 : 궤환전압 기준값 기준값 기준값 기준값 기준값 기준값 기준값 기준값 기준값 R V V f + = = ± R2 + ( ) 3 Vmax R 3
555 Timers as an Oscillator 555 Timer: 다양하게응용되는집적회로 (IC) 응용 1 - 구형파발진기 : 비안정혹은자주발전 (free-running) 멀티바이브레이터 응용 2 전압제어발진기 두개의비교기, 한개의플립플롭, 방전용트랜지스터및전압분배기로구성
RS Flip-Flop
555 Timers as an Oscillator 비안정동작 : 자주발진 (free-running) 비정현파발진기 ( 비안정멀티바이브레이터 ) 로서비안정 (astable) 모드에서동작 문턱입력 (THRESH): 트리거 (Trig) 에연결 R 1, R 2, C ext : 발진주파수결정하는타이밍회로 C 1 : 분리 (decoupling) 을위한것이며동작에무영향
555 Timers as an Oscillator 비안정동작 - 전원인가 : Cext 미충전 트리거전압 (2 번 ): V L- = 0V 문턱전압 (6 번 ): V U+ = 0 V V U+ < V U-, V L+ > V L- V UO = - V max, V LO = + V max Q = 1 Q d = 0 BJT OFF Vcc 에서 R 1, R 2 를지나 C ext 에충전 0V -V max 1 0V +V max 0 R A = R B = R C = R 가정
555 Timers as an Oscillator 비안정동작 - C ext 에충전 : Vcc/3 이상 V U+ < V U-, V L+ < V L- V UO = - V max, V LO = - V max Q = 1 ( 유지 ) Q d = 0 ( 유지 ) BJT OFF ( 유지 ) Vcc에서 R 1, R 2 를지나 C ext 에 충전 Vcc/3 -V max 1 Vcc/3 -V max 0 OFF
555 Timers as an Oscillator 비안정동작 - C ext 에충전 : 2Vcc/3 이상 V U+ > V U-, V L+ < V L- V UO = + V max, V LO = - V max Q = 0 Q d = 1 BJT ON C ext 에충전된전하가 BJT 로방전 C ext 에서방전 : Vcc/3 이하 : 반복 2Vcc/3 +V max 0 2Vcc/3 -V max 1 ON
555 Timers as an Oscillator 충전, 방전시간이듀티사이클 (duty cycle) 을결정 R 1, R 2,C ext 에의해서시상수결정 충전 (1/3Vcc < Vc < 2/3Vcc) : R 1 + R 2 방전 (1/3Vcc < Vc < 2/3Vcc) : R 2 주기 T: 듀티싸이클 50%: R 2 >> R 1
555 Timers as an Oscillator 50% 이하듀티사이클구현한 555 타이머회로 D 1 에의해서충전시에 R 2 무시가능
555 Timers as an Oscillator- 시뮬레이션 f 1.44 1.44 r = = ( R1 + R2 ) Cext ( 6.2k + 6.8k) (10n) 11kHz DutyCycle = 6.2k/(6.2k+6.8k) 0.48 f r
555 Timers as an Oscillator 예제 16-6: 출력주파수와듀티싸이클?
555 Timers as an Oscillator - 시뮬레이션 DutyCycle 105us:73us 105u/178u = 0.59 f r
555 Timers as an Oscillator 전압제어발진기 (VCO) 동작 CONT 핀 (5 번 ) 을제어해서 V U- 와 V L+ 비교기기준전압 (2/3Vcc 와 1/3Vcc) 을변경 V CONT 와 V CONT /2 변경 출력주파수변경 V CONT V CONT 증가 충, 방전시간증가 주파수감소감소 충, 방전시간감소 주파수증가 VCO 를이용한위상동기회로 (PLL) 은통신장치에서수신신호주파수변화를추적하는용도로사용
Application activity: ASK Test Generator RFID reader ASK(Amplitude Shift Keyed) signal modulated with coded information represented by a digital waveform Colpitts oscillator for generating the 125 khz carrier signal. 555 timer configured for generating a 10 khz square wave
Application activity: ASK Test Generator Colpitts oscillator 555 timer
Application activity: RFID reader
Homework All Examples Selected Problems(P.847-850): 7,8,9,10,11,12,13, 14,15,16, 20,21 69