RC 위상 이동 발진기

RC 위상 이동 발진기

RC 위상 이동 발진기는 저항- kondensator (RC) 네트워크를 사용하여 일정한 진동 출력 신호를 생성하는 전자 회로로 정의됩니다.

RC 위상 이동 발진기는 피드백 신호에 필요한 위상 이동을 제공하기 위해 저항- kondensator (RC) 네트워크(도 1 참조)를 사용합니다. 이러한 발진기는 뛰어난 주파수 안정성을 가지며 다양한 부하 범위에서 순수한 사인파를 생성할 수 있습니다.

이론적으로 간단한 RC 네트워크는 입력보다 출력이 90도 앞서는 것으로 예상됩니다.

실제로는 비이상적인 kondensator 동작으로 인해 위상 차이는 이상적인 것보다 종종 작습니다. RC 네트워크의 위상 각은 다음과 같이 수학적으로 표현됩니다

여기서, X C = 1/(2πfC)는 kondensator C의 반응이고 R은 저항입니다. 발진기에서는 이러한 종류의 RC 위상 이동 네트워크가 각각 특정 위상 이동을 제공하며, Barkhausen 기준에 따라 위상 이동 조건을 충족하도록 연결될 수 있습니다.

그런 예 중 하나는 세 개의 RC 위상 이동 네트워크를 연결하여 구성된 경우로, 각각 60도의 위상 이동을 제공하며, 도 2와 같이 나타납니다.

여기서 컬렉터 저항 RC는 트랜지스터의 컬렉터 전류를 제한하고, 저항 R1과 R(트랜지스터에 가장 가까운)은 전압 분배 네트워크를 형성하며, 에미터 저항 RE는 안정성을 향상시킵니다. 다음으로, kapasitor CE와 Co는 각각 에미터 바이패스 kapasitor와 출력 DC 디커플링 kapasitor입니다. 또한, 회로는 피드백 경로에 사용되는 세 개의 RC 네트워크를 보여줍니다.

이 구조는 출력 신호가 출력 단자에서 트랜지스터의 베이스로 이동하는 동안 180도 위상 이동하게 됩니다. 다음으로, 공통 에미터 구성에서는 입력과 출력 사이의 위상 차이가 180도이므로, 회로 내의 트랜지스터에 의해 신호가 다시 180도 이동하게 됩니다. 이렇게 하면 총 위상 차이가 360도가 되어 위상 차이 조건을 만족합니다.

위상 차이 조건을 만족시키는 또 다른 방법은 각각 45도의 위상 이동을 제공하는 네 개의 RC 네트워크를 사용하는 것입니다. 따라서 RC 위상 이동 발진기는 그들 내의 RC 네트워크의 수가 고정되어 있지 않으므로 다양한 방식으로 설계될 수 있다는 결론을 내릴 수 있습니다. 그러나 단계 수가 증가하면 회로의 주파수 안정성이 향상되지만, 로딩 효과로 인해 발진기의 출력 주파수에도 부정적인 영향을 미칩니다.

RC 위상 이동 발진기가 생성하는 진동의 주파수에 대한 일반화된 식은 다음과 같습니다

여기서, N은 저항 R과 kapasitor C로 형성된 RC 단계의 수입니다.

또한 대부분의 발진기와 마찬가지로, RC 위상 이동 발진기도 OpAmp를 증폭기 부분으로 사용하여 설계될 수 있습니다(도 3 참조). 그럼에도 불구하고 작동 방식은 동일하며, 여기서는 RC 위상 이동 네트워크와 역전 구성으로 작동하는 Op-Amp가 공동으로 360도의 필요 위상 이동을 제공합니다.

RC 위상 이동 발진기의 주파수는 통상적으로 gang-tuning을 통해 kapasitor를 변경하여 조정할 수 있으며, 저항은 일반적으로 고정되어 있습니다. 다음으로, RC 위상 이동 발진기를 LC 발진기와 비교하면, 전자는 후자보다 더 많은 회로 구성 요소를 사용한다는 것을 알 수 있습니다. 

따라서, RC 발진기로부터 생성된 출력 주파수는 LC 발진기보다 계산된 값에서 크게 벗어날 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 발진기는 동기 수신기, 음악 악기 및 저주파 또는 오디오 주파수 발생기에 국부 발진기로 사용됩니다.