콜피츠 발진기 이해하기: 설계, 응용 분야 및 이점

콜피츠 발진기는 선형 발진기이며 수많은 LC 발진기 중 하나입니다. 중요하게는 이 발진기는 커패시터(C)와 인덕터(L)의 기능적 통일을 사용하므로 LC 발진기라는 이름이 붙었습니다.

이 글에서는 콜피츠 발진기, 그 장점, 응용 분야 등을 논의하겠습니다. 또한 귀하의 필요에 맞는 올바른 콜피츠 발진기 연결을 배우고 파악하는 데 도움이 될 것입니다!

1. 콜피츠 발진기란 무엇인가요?

콜피츠는 전자 발진기입니다. 중요하게는 이 발진기는 인덕터와 커패시터를 사용하여 LC 회로에 기여합니다.

이 발진기의 동작에는 트랜지스터, 오피앰프, 전계 효과 트랜지스터, 밸브가 사용됩니다. 또한 많은 응용 분야와 장점을 가진 전기 고조파 발진기입니다.

이 특정 발진기의 설계는 하틀리 발진기와 유사합니다. 그러나 구별되는 요소는 콜피츠 발진기가 탱크 회로를 포함하는 반면 하틀리는 회로가 없다는 것입니다.

참고:

주목할 점은 비선형 발진기와 선형 발진기 두 가지 발진기가 있다는 것입니다. 비선형 발진기는 비정현파 출력 파형(비선형)을 생성합니다. 반면 콜피츠 발진기 같은 선형 발진기는 선형 또는 정현파를 생성합니다.

(마더보드와 발진기 기술)

2. 기본 콜피츠 발진기 회로와 작동 원리

• 콜피츠 이론

이 발진기의 이론은 두 개의 커패시터가 직렬로 연결되어 인덕터와 병렬로 연결되어 있다는 것입니다. 주목할 점은 이 전기 부품들의 배열이 공진 탱크 회로를 형성한다는 것입니다. 커패시터와 인덕터의 조합은 병렬 LC 공진 회로를 만듭니다. 또한 이 커패시터와 인덕터에서 얻은 값들이 발진 주파수를 결정하는 데 도움이 됩니다.

콜피츠의 발명은 무선 주파수를 사용하여 높은 선형 발진 주파수를 생성해야 할 필요성 때문에 이루어졌습니다.

추가 팁

콜피츠 발진기가 하틀리와 유사한 설계를 가지므로 때때로 하틀리 발진기의 전기적 쌍대라고 불리기도 합니다. 그러나 탱크 회로의 존재가 두 발진기 설계의 유일한 차별적 특징입니다. 그렇지 않으면 동작 차이는 하틀리가 탭된 인덕턴스를 사용하는 반면 콜피츠는 탭된 커패시턴스를 사용한다는 것입니다.

(LC 발진기 회로)

• 콜피츠 발진기 회로

(콜피츠 발진기 회로도)

정현파를 생성하는 모든 발진기 회로처럼 회로에 LC 공진이 존재하는 것은 필수적입니다. 그러나 RC 발진기는 공진이 필요 없는 예외입니다.

또한 바이폴라 접합 트랜지스터, 연산 증폭기 또는 전계 효과 트랜지스터 같은 이득 소자를 사용하여 발진기 기능을 달성합니다. 중요하게는 커패시터 C1과 C2가 전압 분배기를 생성합니다. 결과적으로 콜피츠의 주파수 안정성은 탭된 커패시턴스에서 나옵니다. 이 탱크 회로에 존재하는 탭된 커패시턴스가 피드백의 소스입니다.

그러나 온도 변화가 있는 환경에서도 안정한 회로를 달성하기는 쉽지 않습니다. 따라서 회로에 저항(Re)을 배치하는 것이 중요합니다. 저항은 회로를 안정적으로 유지하고 손상을 방지하는 데 도움이 됩니다.

또한 Re와 병렬로 커패시터(Ce)가 있습니다. Ce 커패시터는 바이패스 커패시터 역할을 하여 AC 증폭 신호에 낮은 리액턴스 경로를 생성합니다. 또한 R1과 R2로 형성된 전압 분배기는 전류 흐름을 제어하는 트랜지스터 바이어스를 생성합니다.

주목할 점은 회로도에서 RC 커플드 증폭기가 공통 이미터 트랜지스터를 가진다는 것입니다. 출력 AC 커플링 커패시터는 DC를 차단합니다. 결과적으로 컬렉터에서 탱크 회로로 AC 경로를 제공합니다.

(LC 발진기 전기 회로)

콜피츠 발진기 작동

전원 공급이 켜지면 커패시터 C1과 C2가 충전되기 시작합니다. 이 커패시터들이 완전히 충전되면 인덕터 L1을 통해 일부 전력을 방전하기 시작합니다. 결과적으로 방전 과정은 탱크 회로에 감쇠 고조파 진동을 유발합니다.

다시 진동 전류가 C1과 C2에 AC 전압을 생성합니다. 방전 과정 동안 커패시터에 정전기 에너지가 존재합니다. 이 에너지는 자속을 통해 인덕터로 이동하여 인덕터를 충전합니다.

마찬가지로 인덕터가 방전을 시작하면 커패시터가 다시 충전되기 시작합니다. 결과적으로 이 지속적인 충방전 과정이 진동을 생성합니다. 이 진동의 주파수를 결정하려면 회로의 공진 주파수를 사용합니다.

(장착된 발진기가 있는 PCB)

탱크 회로는 지속적인 충방전으로 인한 회로의 에너지 저장 영역으로 주로 작동합니다. 또한 탱크 전자 회로의 형성은 커패시터와 인덕터의 지속적인 충방전에서 옵니다. 이 과정은 LC 네트워크의 분리를 이끕니다.

또한 바크하우젠 안정성 기준은 지속적인 비감쇠 진동을 계산하는 데 도움이 됩니다. 그러나 지속적인 진동을 위해 전체 위상 이동은 0° 또는 360°여야 합니다.

회로 공식 계산

회로에서 두 커패시터 모두 접지되거나 센터 탭이 됩니다. 따라서 피드백 전압(C2 양단 전압)은 180°를 읽고, 출력 전압(C1 양단 전압)과 결합합니다. 주목할 점은 입력 전압과 출력 전압 사이에 공통 이미터 트랜지스터가 180° 위상 이동을 생성합니다.

중요하게 공진 주파수는 다음 공식으로 계산됩니다.

ƒr = 1 / (2π√(L1×C))

여기서 f는 공진 주파수, C = C1 + C2의 등가 커패시턴스, L1은 코일의 자기 인덕턴스입니다.

그리고 C의 계산은 다음 공식에서 나옵니다.

C = (C1×C2) / (C1+C2)

(조이스틱 마더보드 안의 발진기)

3. 콜피츠 발진기 다이어그램

• 오피앰프 사용

(오피앰프를 사용한 콜피츠 발진기)

오피앰프의 배열은 반전 모드이며 R1은 입력 저항, RF는 피드백 저항입니다. 주목할 점은 오피앰프 발진기 이득의 RF와 R1 개별 설정이 큰 장점을 가진다는 것입니다. 중요하게 A = -Rf/R1 방정식으로 반전 증폭기의 이득을 계산합니다.

그러나 커플링 커패시터와 탱크 회로 같은 중요한 요소들이 오피앰프 증폭기 이득에 영향을 주지 않는다는 것을 기억하세요. 하지만 트랜지스터 기반 버전에서는 탱크 전자 회로를 특히 모든 구성 요소가 이득에 영향을 줍니다.

오피앰프 발진기의 주파수 방정식, 작동 원리, 작동 이론은 트랜지스터 버전과 동일합니다.

4. 콜피츠 발진기 응용 분야

• 첫째, 발진기는 고주파 정현파 출력 신호를 생성할 수 있습니다.
• 둘째, 콜피츠 발진기는 모바일 및 라디오 개발을 지원할 수 있습니다.
• 셋째, 넓은 범위의 주파수 변경이 필요한 응용 분야에 사용합니다.
• 또한 빈번한 고온 및 저온 변화가 있는 설정에서 완벽하게 작동합니다.
• 마지막으로 비감쇠 연속 진동이 필요한 설정에서 잘 작동합니다.

(발진기 크리스탈 사진)

5. 장점

• 콜피츠는 높은 발진 주파수로 선형 파형을 생성합니다.
• 발진기 장치는 저온과 고온을 처리할 수 있습니다.
• 또한 가변 커패시터를 사용하면 다양한 주파수를 달성할 수 있습니다.
• 콜피츠 발진기 회로에 사용할 많은 구성 요소를 제공합니다.
• 또한 콜피츠는 매우 안정한 발진 주파수를 가집니다.
• 장치가 일정한 주파수 범위에 있으면 출력의 진동 진폭이 동일하게 유지됩니다.

(여러 발진기 크리스탈)

요약

콜피츠 발진기는 사용하기 쉽고 신뢰할 수 있는 전자 부품으로 만드는 훌륭한 특성을 제공합니다. 관련 발진기 프로젝트에 대해 더 배우고 싶으시면 연락 주세요! 우리 팀은 항상 여러분의 질문에 기꺼이 답변해 드립니다.