발진(Oscillation)의 정의
발진의 정의는 간단하지만, 여러 가지로 표현이 됩니다.
- 능동 회로/시스템에서 입력 신호가 없는데 출력 신호가 검출되는 상황
- DC 신호가 AC신호로 변환되는 상황
- 원하지 않는 주파수 대역에서 정체불명의 공진 신호가 뜨는 상황
- DC 전원이 존재하는 능동 회로에서만 발생하는 현상
발진의 생김새
특정 주파수의 신호만을 입력했는데 출력단에서 이상한 주파수 성분들이 튀고 있습니다. 발진은 위의 그림과 같은 형태로만 나오는 것은 아니고, 단 하나의 이상한 주파수 성분이 뜨더라고 발진이라고 합니다. 입력이 없을 때에는 아무런 출력이 없어야 정상이며, 만약 주파수 성분이 하나가 뜨건 여러 개가 뜨건 다 발진이라고 합니다. 그래서 발진이 일어났는지 확인해보려면 전 주파수 대역에서 다 체크해 보아야 합니다.
발진이 생기면 가장 티가 많이 나는 것은 전류가 불안정해진다는것 입니다. DC 전원을 인가하면 일정한 전류가 DC 공급기에 나타나지 않고 혼자서 올라갔다 내려갔다 심하게 흔들리게 됩니다.
발진이 일어나면 회로의 특성이 심하게 불안정해지고 계측기와 주변 회로를 망가뜨릴 수 있기 때문에 회로를 수정해야 합니다.
발진이 생기면 안좋은 이유
- 원하지 않는 주파수에서 아무렇게 신호가 뜨면 각종 스퓨리어스를 만듦 (스퓨리어스 : 필요 주파수 대역에서 멀리 떨어진 주파수에서의 1 이상의 주파수의 불요발사)
- 원하지 않은 주파수성분을 만드는데 쓸데없이 전력을 소모해버려 원래 필요한 주파수 신호의 이득과 전력이 떨어짐
- 신호처리가 가능하다 하더라도 들쑥날쑥한 전력으로 인해 특성이 일정하지 않고 흔들림
- 발진으로 인해 과도한 발진 전력을 생성하면 주변 회로나 계측기를 망가뜨릴 수 있음
- 발진을 하다가 회로나 시스템이 아예 동작이 안할 수 있음
발진이 생기는 원인
발진은 feedback loop에서 시작합니다. 고의적으로 발진을 일어켜서 신호원으로 사용하기 위한 회로입니다.
1. 구조의 불안정성으로 미세한 진동신호가 발생
2. 진동신호가 feedback loop를 타고 다시 입력으로 들어감
3. 입력으로 들어간 신호가 Gain을 거쳐 증폭
4. 이렇게 feedback loop를 계속 돌면 작았던 진동신호가 커져서 신호가 출력
출력신호가 입력신호보다 커지는 Gain 단이 없다면 불안정한상태의 미세한 신호가 계속 feedback loop를 돈다고 해도 미세한 잡음으로 끝납니다. 따라서 발진은 항상 이득을 가지는 능동 회로에서 발생합니다.
Feedback loop란?
- 출력 성분이 입력으로 돌아갈 여지가 있는 모든 경로
- 트랜지스터 레이아웃 사의 loop : 등가 커패시터
- 공통 Ground에 의한 loop : 회로의 접지
- 선로 커플링에 의한 loop : 연결되어 있지 않은 선로를 통해 생기는 loop
회로설계와 반도체 관련해서 열심히 공부 중인 예지 블로그입니다.
혹시 틀린부분이 있으면 댓글 남겨 주세요! 감사합니다.
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