개념 한 쪽
발진회로는 외부 입력 없이 일정 주파수의 신호를 만들어내는 회로로, 주파수 안정성과 동작 방식에 따라 여러 형태로 구현한다. 온도·전원·부하 등의 영향과 발진 조건, 발진기별 동작 특성이 주된 학습 포인트다.
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출제기준 단원 「발진회로」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 위상변조 변수의 의미 파악 | 1 | PM 수식에서 Δθ가 나타내는 물리적 의미를 묻는다 |
| AM 점유대역폭 계산 | 1 | 반송파와 신호파 주파수로부터 점유 대역폭을 계산한다 |
| 디지털 변환 방식 판별 | 1 | 아날로그를 디지털로 변환·부호화하는 대표 방식 이름을 고른다 |
발진회로는 스스로 진동을 발생하는 회로로, 생성되는 주파수는 회로 요소와 주변 환경에 따라 변할 수 있다. 온도가 변하면 부품 값이 달라져 주파수가 변하고, 전원전압의 변동이나 부하 변화도 주파수에 영향을 준다. 반면 완충 증폭기는 입력과 출력을 분리하여 부하 변동이 발진부에 미치는 영향을 줄여 주파수 안정성을 높인다.
발진기의 발진조건은 루프 이득과 위상 조건으로 정리할 수 있다. 증폭도의 A와 궤환률 β의 곱이 1 이상(A·β ≧ 1)일 때 지속 발진이 가능하며, 위상 조건도 만족해야 한다. 이 조건은 발진을 시작하고 유지하기 위한 기본 원리로 이해하면 충분하다.
발진회로의 종류에 따라 동작 특성과 용도가 달라진다. RC 발진회로는 저주파 정현파를 만들기 쉬워 주로 100[kHz] 이하 저주파용으로 널리 사용한다. LC 발진회로는 인덕터와 커패시터로 고주파 정현파를 생성하는 데 적합하며, 컬렉터 동조형 LC 발진기처럼 고주파 특성이 요구되는 경우에는 효율이 높은 C급 증폭기 동작이 적합하다.
변조 관련 개념도 발진·신호 생성과 연결된다. 위상변조(PM) 식에서 Δθ는 반송파 위상이 변조에 의해 얼마나 최대 치우치는지를 나타내는 최대 위상편이(phase deviation)를 의미한다. 진폭변조(AM)에서는 반송파 주변에 상·하측파가 생기므로 점유 대역폭이 신호파의 최대주파수의 2배가 된다. 또한 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 전송하는 방식으로는 펄스부호변조(PCM)가 대표적이다.
1) AM 점유 대역폭 계산 예: 반송파 1000[kHz], 신호파 최대주파수 1[kHz]이면 상측파 1001[kHz], 하측파 999[kHz]가 되어 점유 대역폭은 1001−999 = 2[kHz]이다. 따라서 AM의 대역폭은 신호의 최대주파수의 2배가 됨을 확인한다.
2) RC 위상시프트 발진기의 발진조건 예: 위상시프트 방식의 RC 발진기는 발진을 위해 증폭기의 이득이 충분히 커야 하며, 이득이 약 29보다 커야 발진이 일어난다는 특성을 기억한다. 이득이 작으면 발진이 시작되거나 유지되지 못함을 주의한다.
위상변조에서 신호파 is = Ism cos 2π fst의 진폭에 따라 위상을 θ = θc+Δθ cos 2π fst 와 같이 변화시켰을 때 얻어지는 피변조파 공식은 다음과 같다. i = Im sin(2π fct+ Δθ cos 2π fst)에서 Δθ가 의미하는 것은 ?
정답 ④ · 위상변조파 수식에서 Δθ의 의미를 묻는 문제이다. 괄호 안 전체가 순간 위상이고, Δθ는 변조 신호의 진폭에 비례하는 계수로서 반송파 위상이 변조파에 의해 최대 얼마나 치우치는지를 나타내는 최대 위상편이이다.
위상변조 식에서 코사인 항의 계수 Δθ는 반송파 위상이 변조파에 의해 최대 얼마나 치우치는지를 나타내는 최대 위상편이다.
1000[㎑]의 반송파를 신호파 최대주파수 1[㎑]로 진폭변조(DSB) 했을 경우 점유 주파수 대역폭은?
정답 ③ · 문항은 반송파 주파수와 최대신호주파수로 진폭변조(DSB)했을 때 점유 주파수 범위를 묻고 있다. DSB(양측파) AM 신호의 스펙트럼은 반송파 주파수를 중심으로 상·하측파가 생기므로 상한과 하한은 fc±fm으로 계산한다.
진폭변조 신호의 점유 대역폭은 반송파 주파수를 중심으로 상하측파대가 형성되므로 최대 주파수의 2배이다.
아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 부호화하여 전송하는 방식으로 전화국 등의 유선 통신에서 사용되는 대표적인 변조방식은?
정답 ④ · 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 부호화하여 전송하는 대표적인 변조방식을 묻는 문제이다. 펄스부호 변조(PCM)는 아날로그 신호를 표본화, 양자화, 부호화의 과정을 거쳐 디지털 코드로 변환해 전송하는 방식으로, 전화국 등 유선 통신의 음성 전송에 널리 사용된다.
아날로그 신호를 디지털로 변환해 전송하는 방식은 펄스부호 변조(PCM)이다.
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