Ch. 16 Oscillators

Yun SeopYuCrystal-Controlled Oscillators

수정 발진기(Crystal-Controlled Oscillators): 안정되고 정확한발진기

압전효과 (Piezoelectric effects): 기계적 충격에 의해서 진동하는주파수에서 전압을 발생 교류전압이 인가하면 주파수로 진동

압전효과 물질 : 수정 - 매우 높은 Q값 (수천)

Yun SeopYuCrystal-Controlled Oscillators

병렬 공진 탱크 회로: 콜핀츠 발진기 변형직렬 공진 탱크 회로

Yun SeopYuCrystal-Controlled Oscillators

수정에서 발진 모드압전 수정의 두가지 모드: 기본(fundamental) + 고음(overtone)

기본 주파수: 가장 낮은 주파수

수정의 기계적인 결정 방향, 절단한 형태 등에 의해서 결정

수정 결정편(slab)의 두께에 반비례

상한 주파수: 20MHz – 깨뜨리지 않고 얇게 자르는데 한계가존재하므로

고음: 기본 주파수의 홀수배(3, 5, 7, …)

Yun SeopYuRelaxation Oscillation

이완 발진기(Relaxation Oscillation)RC 타이밍 회로와 소자를 이용해서 주기적인 파형 발생

삼각파, 전압제어발진기, 구형파 등

Yun SeopYuTriangular-Wave Oscillator

삼각파 (Triangular-Wave Oscillator)적분기

Yun SeopYuTriangular-Wave Oscillator

실제 삼각파 발진기

Yun SeopYuTriangular-Wave Oscillator

예제 16-4: fr, R1 (f = 20 kHz)?

Yun SeopYuSawtooth Voltage-Controlled Oscillator (VCO)

전압제어 발진기 (Voltage-Controlled Oscillator: VCO): 가변직류전압에 따라 주파수가 벼하는 이완발진기

전압제어 톱니파 발진기

Yun SeopYuPUT(Programmable Unijunction Transistor)

프로그램 가능한 단일접합 트랜지스터(PUT)

- Anode와 cathode 전압 VAK > 0.7 V: PUT ON 가능 (아직 PUT ON되지못하고 다음 조건을 만족할 때 ON)

- Anode와 gate 전압 VAG > 0.7 V: 순방향바이어스로 다이오드는 ON PUT ON

Yun SeopYuPUT(Programmable Unijunction Transistor)

프로그램 가능한 단일접합 트랜지스터(PUT)

V7.0=−= GAAG VVV PUT ON VAK 0.7V까지 감소

V7.0+==>−− GAP VVV

Yun SeopYuSawtooth Voltage-Controlled Oscillator (VCO)

전압제어 톱니파 발진기

- Vout – VG < 0.7 V 동안PUT off C 충전Vout 증가

반전입력에 직류입력 전압 –VIN 인가 출력은 양전압

- Vout – VG > 0.7 V PUT ON C 방전Vout 감소

- Vout의 최대값 Vp:

V7.0+==>−− Gpout VVV- 충,방전시간: RiC의 시상수 이용

Yun SeopYuSawtooth Voltage-Controlled Oscillator (VCO)

( )

i

IN

Fp

i

IN

Fp

in

outoutin

CRV

VV

RVV

VVC

IVCt

tVC

tVVC

tVCI

−=

−−−

−=Δ

−=Δ

ΔΔ

−=Δ−Δ

=ΔΔ

=

−

− ,

유도과정:

Yun SeopYuSawtooth Voltage-Controlled Oscillator (VCO)

예제 16-5: Output?

0.7 V 무시

Yun SeopYuSawtooth Voltage-Controlled Oscillator (VCO)

예제 16-5: Output?

Yun SeopYuSquare-Wave Oscillator

구형파 (Square-Wave Oscillator) : 미분기와 유사Capacitor의 충전과 방전에 기인

연산증폭기 반전 입력: capacitor 전압

연산증폭기 비반전 입력: 궤환 전압

( )max32

3 VRR

RVV f ±⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

==+

기준값

기준값

기준값

기준값

기준값

기준값

기준값

기준값

기준값

Yun SeopYu555 Timers as an Oscillator

555 Timer: 다양하게 응용되는 집적회로(IC)응용 1 - 구형파 발진기 : 비안정 혹은 자주 발전 (free-running)멀티바이브레이터

응용 2 – 전압제어발진기

두 개의 비교기, 한 개의 플립플롭, 방전용 트랜지스터 및 전압분배기로 구성

Yun SeopYuRS Flip-Flop

Yun SeopYu555 Timers as an Oscillator

비안정 동작: 자주 발진(free-running) 비정현파 발진기(비안정멀티바이브레이터)로서 비안정(astable)모드에서 동작

• 문턱입력(THRESH): 트리거(Trig)에 연결• R1, R2, Cext: 발진주파수 결정하는 타이밍 회로• C1: 분리(decoupling)을 위한 것이며 동작에 무영향

Yun SeopYu555 Timers as an Oscillator

비안정 동작 -전원인가: Cext 미충전 트리거 전압(2번): VL- = 0V 문턱전압(6번): VU+ = 0 V VU+ < VU- , VL+ > VL-

VUO = - Vmax, VLO = + Vmax Q = 1 Qd = 0 BJT OFF Vcc에서 R1, R2를 지나 Cext에 충전

0V

0V -Vmax

+Vmax

0

1

RA = RB = RC = R 가정

Yun SeopYu555 Timers as an Oscillator

비안정 동작 - Cext에 충전: Vcc/3 이상 VU+ < VU- , VL+ < VL-

VUO = - Vmax, VLO = - Vmax Q = 1 (유지) Qd = 0 (유지)BJT OFF (유지) Vcc에서 R1, R2를 지나 Cext에

충전

Vcc/3-Vmax

-Vmax

0

1

Vcc/3

OFF

Yun SeopYu555 Timers as an Oscillator

비안정 동작 - Cext에 충전: 2Vcc/3 이상 VU+ > VU- , VL+ < VL-

VUO = + Vmax, VLO = - Vmax Q = 0 Qd = 1BJT ON Cext에 충전된 전하가 BJT로 방전

Cext에서 방전: Vcc/3 이하 : 반복

2Vcc/3+Vmax

-Vmax

1

0

2Vcc/3

ON

Yun SeopYu555 Timers as an Oscillator

충전, 방전 시간이 듀티사이클(duty cycle)을 결정R1, R2,Cext에 의해서 시상수 결정

충전 (1/3Vcc < Vc < 2/3Vcc) : R1 + R2

방전 (1/3Vcc < Vc < 2/3Vcc) : R2

주기 T:

듀티 싸이클

50%: R2 >> R1

Yun SeopYu555 Timers as an Oscillator

50% 이하 듀티사이클 구현한 555 타이머 회로D1 에 의해서 충전시에 R2 무시 가능

Yun SeopYu555 Timers as an Oscillator-시뮬레이션

( ) ( ) Hz11)10(8.62.6

44.144.1

21

knkkCRR

fext

r =+

=+

≅

DutyCycle = 6.2k/(6.2k+6.8k) ≈ 0.48

fr

Yun SeopYu555 Timers as an Oscillator

예제 16-6: 출력주파수와 듀티싸이클?

Yun SeopYu555 Timers as an Oscillator - 시뮬레이션

frDutyCycle 105us:73us 105u/178u = 0.59

Yun SeopYu555 Timers as an Oscillator

전압제어발진기(VCO) 동작CONT 핀(5번)을 제어해서 VU-와 VL+ 비교기 기준 전압(2/3Vcc와1/3Vcc)을 변경 VCONT 와 VCONT/2 변경 출력 주파수 변경

• VCONT 증가 충,방전 시간 증가 주파수 감소• VCONT 감소 충,방전 시간 감소 주파수 증가

VCO를 이용한 위상동기회로(PLL)은 통신장치에서수신신호 주파수 변화를 추적하는 용도로 사용

Yun SeopYuApplication 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

Yun SeopYuApplication activity: ASK Test Generator

Colpitts oscillator 555 timer

Yun SeopYuApplication activity: RFID reader

Yun SeopYu

69

Homework

All Examples

Selected Problems(P.847-850): 7,8,9,10,11,12,13, 14,15,16, 20,21

Yun SeopYu

Yun SeopYu

Yun SeopYu

Yun SeopYu