PART12펄스회로(Pulse Circuit)

목적

• 1.클리핑 회로의 특성에 대하여 알아본다.
• 2.슈미트 트리거 회로의 특성을 실험을 통하여 알아본다.
• 3.쌍안정 멀티바이브레이터 회로의 특성을 실험을 통하여 알아본다.
• 4.단안정 멀티바이브레이터 회로의 특성을 실험을 통하여 알아본다.

어떤 기준레벨보다 높은 부분이나 낮은 부분 등 임의의 파형부분만을 전송하기 위하여 사용하는 회로를 클리핑(clipping)회로 또는 리미터 혹은 진폭제한회로라고 한다.

실험 1 :클리핑 회로

이론

그림 12-2 (b)에서, 다이오드의 부분적인 선형모델을 이용하면 그림 (a)의 전송 특성을 얻는다. 다이오드의 임계(혹은 차단오프셋)전압 Vr에 비하여 입력전압 ν_i가 ν_i≤V_r+V_R일 때, 다이오드 전압은 ν<V_r로 되어 다이오드는 차단 상태가 된다. 이때 저항 R에는 전류가 흐르지 않으므로 출력 ν₀는 ν₀=ν_i가 된다. 여기서 입력 신호가 (-)값으로부터 VR+Vr까지의 범위에서는 전송특성곡선의 기울기가 1인 직선이어야 한다. 다음에 입력신호 ν_i가 ν_i≥V_R+V_r로 커지면 D는 도통되어 내부저항 R_f인 전지 V_r로써 동작하게 된다. 이때 출력전압 ν₀는 다음과 같다.

즉 입력에서의 증가분 △ν_is는 감소되고, 출력 측에 증가분으로 나타나는 △ν₀는 다음과 같다.

이것은 전송곡선에서 ν_i > V_R + V_r에 대한 기울기 R_f/(R_f + R)의 직선부분임을 알 수 있다. 그림 12-2 (a)의 입력신호의 진폭은 만곡점보다 훨씬 큰 파형이므로 출력신호의 진폭은 (+)의 일부분이 깎이게 된다. 이것은 입력신호의 (+)최대치의 짤림을 나타내는 것이 되는데, 만약 R_f <R이면 짤린 부분의 정도가 더욱 심하게 되어 출력신호의 최대값은 V_R + V_r로 제한된다. 보통 V_R ≫ V_r이므로, V_R만을 기준전압으로 하여도 된다.

그림 12-3 (b)의 클리핑 회로는 앞의 경우와는 반대로 다이오드가 접속되어 있다. 전달특성에 부분적인 선형모델을 적용하면 그림 (a)의 특성을 얻는다. 이 회로에서는 입력신호가 V_R - V_r보다 큰 (+)인 선형부분은 감쇠없이 전송되지만, (+)전압보다 낮은 부분은 출력되지 않는다. 그림 12-2 (a)와 그림 12-3 (a)에서 다이오드 역방향저항 R_r은 R_r≫R로 가정한다. 이 조건을 만족하지 않는 회로는 전송특성이 수정되어야 하는데, 기울기가 1인 직선부분은 R_r/(R_r+R)의 기울기를 갖는 것으로 대치해야 하고, 다이오드 클리핑회로의 전송에서는 R_r≫R이어야 한다. 일반적으로 흔히 사용되고 있는 다이오드 클리핑회로를 그림 12-4에 나타내었다. 이 회로의 동작을 간단히 하기 위하여 다이오드는 이상적인 것으로 내부저항을 무시하였다. 즉 다이오드는 이상적인 ON-OFF 스위치로써 동작한다고 가정한다.

그림 12-4 (a)의 회로에서 입력전압ν_i가 기준전압 V_R보다 작을 때 D는 차단상태 즉, 개방회로와 같으며, 입력전압 ν_i가 V_R보다 클 때 다이오드는 도통상태에 있으며 실제로 단락회로로써 동작한다. 따라서 출력 V₀는 다음과 같다.

입력신호를 정현파로 가한 경우를 그림 12-4 아래에 표시하였다. 위 식의 클리핑파형은 입력파형에서 기준전압 V_R이상의 부분을 잘라낸 파형으로 출력 측에 나타난다. 그림 12-4 (c)는 D의 극성을 반대로한 회로이다. 이 회로에서 ν_i < V_R일 때 D는 도통상태에 있고, ν_i > V_R일 때 차단상태로 된다. 따라서 이 경우의 출력 ν₀는 다음과 같다.

그림에서 보는 바와 같이 출력파형은 입력파형의 기준전압 V_R이하의 부분을 잘라낸 모양으로 나타난다. 이와 같이 그림 12-4 (a), (c)를 병렬형 클리핑회로라고 한다. 또 그림 12-4 (b),(d)는 다이오드를 신호의 전송로에 직렬로 넣어서 클리핑회로를 구성하였으므로, 이를 직렬형 클리핑회로라고 한다.

슬라이스(Slice or limitter)회로

두 개의 기준전압 V_R1과 V_R2사이의 신호성분만을 전송하기 위하여 다이오드쌍으로 된 다이오드 클리핑 회로를 슬라이스(진폭제한)회로라고 한다. 이 회로는 병렬-직렬 또는 직병렬 연결로써 구성할 수 있는데, 그림 12-5 (b)는 병렬인 경우로서 전송특성곡선은 ν₀ = ν_i = V_R1과 ν₀ = ν_i = V_R2인 두 개의 만곡점을 가지고 있고, 다음과 같은 특성을 갖는다. 여기서 V_R2 > V_R1 ≫ V_r and R_f ≪ R로 한다. 입력전압 ν_i가 다음과 같을 때, 출력전압과 다이오드의 상태는 다음과 같다.

result_table

입력신호 Vi	출력신호 V0	다이오드 상태
Vi ≤ VR1 VR1 ≤ Vi ≤ VR2 Vi ≥ VR2	V0 = VR1 V0 = Vi V0 = VR2	D1 : ON,D2 : OFF D1 : OFF,D2 : OFF D1 : OFF,D2 : ON

이 슬라이스회로는 정현파신호로부터 구형파를 얻기 위하여 사용되는데, 대칭인 구형파를 얻으려면 V_R1과 V_R2의 절대값이 같고, 극성이 반대이어야 한다. 이 조건에서 전달특성곡선을 원점을 지나고 입력파형은, 위와 아래 부분이 대칭으로 잘리게 되는데, 입력신호의 진폭이 기준전압 V_R1과 V_R2의 차이보다 훨씬 크면 출력신호는 구형파로 된다.

또 제너다이오드를 그림 12-6 (a)와 같이 반대로 직렬연결하면 그림 12-6 (b)와 같은 특성을 가진 클리퍼(clipper)로 동작한다.

다이오드가 동일한 특성을 가지면 대칭인 진폭제한기가 얻어진다. 제너 다이오드의 항복전압이 V_Z이고, 차단전압이 V_r이면 그림 12-6 (b)의 전달특성이 얻어진다.

실험 과정

1. M-12의 회로-1에서 그림 12-7과 같이 회로를 구성하고 입력은 sine-wave 1000Hz로 한다.

2. 표 12-1에 주어진 것과 같이 각각의 입력전압에 대하여 1f-1g 양단의 출력전압을 측정하여 표 12-1해당란에 기록한다. 그리고 출력파형을 확인하고 입력파형과 비교하여라.

3. M-12의 회로-1에서 그림 12-8과 같이 회로를 구성하고 입력은 sine-wave 1000Hz로 한다.

4. 표 12-2에 주어진 것과 같이 각각의 입력전압에 대하여 1l-1m 양단의 출력전압을 측정하여 표 12-2해당란에 기록한다. 그리고 출력파형을 확인하고 입력파형과 비교하여라.

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