트윈-T 발진기

 

트윈-T 발진기

Twin-T 발진기는 병렬로 연결된 두 개의 RC 네트워크를 사용하여 단일 주파수의 정현파 출력 파형을 생성하는 또 다른 RC 발진기 회로입니다.

Twin-T 발진기는 Wein-bridge 발진기와 유사한 고정 주파수 애플리케이션에 사용하기 위해 사인파 출력을 생성하는 또 다른 유형의 RC 발진기입니다. Twin -T 발진기는 반전 증폭기의 출력과 입력 사이의 피드백 루프(따라서 이름)에 두 개의 "티" 모양 RC 네트워크를 사용합니다.

앞서 살펴보았듯이 발진기는 기본적으로 발진을 유지하는 데 필요한 고정된 양의 전압 이득을 갖는 포지티브 피드백을 갖춘 증폭기이며, Twin-T 발진기도 다르지 않습니다.

피드백은 출력 신호의 일부가 증폭기의 입력 단자로 피드백되도록 하는 트윈 T 구성 RC 네트워크에 의해 제공됩니다. 따라서 Twin-T RC 네트워크는 180o 위상 변이를 제공 하고 증폭기는 또 다른 180o 위상 변이를 제공 합니다 . 이 두 가지 조건은 지속적인 진동을 허용하는 총 360o의 위상 변이를 생성 합니다 .

피드백 저항기와 커패시터를 래더 네트워크로 구성하는 일반적인 RC 위상 편이 발진기 또는 브리지 구성에서 저항기와 커패시터를 사용하는 표준 Wien-브리지 발진기와 는 다릅니다.

 

Twin-T 발진기( 병렬 T 발진기 라고도 함)는 그림과 같이 병렬로 연결된 두 개의 상호 연결된 "T" 섹션(R 및 C 요소가 반대 형태로 구성됨)이 있는 수동 저항-커패시턴스(RC) 네트워크를 사용합니다.

트윈-T 네트워크

 

 

RC 패시브 네트워크 중 하나에는 저역 통과 응답이 있고 다른 하나에는 고역 통과 응답이 있음을 분명히 알 수 있으며 이전에 노치 필터 에 대한 튜토리얼에서 이 RC 네트워크 배열을 본 적이 있습니다 .

이번에 차이점은 결합된 병렬 RC T 구성 네트워크를 사용하여 원하는 진동 널 주파수와 동일한 중심 주파수 fc 를 갖는 노치 유형 응답을 생성한다는 것입니다.

결과적으로 Twin-T 네트워크를 통해 생성된 네거티브 피드백 경로로 인해 튜닝된 노치 주파수보다 높거나 낮은 주파수에서는 진동이 발생할 수 없습니다.

그러나 조정된 주파수에서는 모든 네거티브 피드백이 무시될 수 있으므로 증폭 장치에 의해 생성된 포지티브 피드백 경로가 하나의 단일 주파수에서 진동 생성을 지배할 수 있습니다(넓은 주파수 범위에 걸쳐 조정될 수 있는 Wien 브리지 발진기와는 달리).

그런 다음 Twin-T 발진기의 주파수 선택성 Twin-T 네트워크는 사용된 구성 요소 값에 따라 노치의 주파수, 깊이 및 위상 변이가 결정되는 출력 전달 함수를 생성합니다. 따라서 RC 네트워크를 구성하는 개별 Twin-T 네트워크는 다음 방정식으로 정의됩니다.

저역 통과 RCR 네트워크의 경우:

 

 

고역 CRC 네트워크의 경우:

 

 

이 두 가지 방정식 세트를 결합하면 노치의 널 또는 중심 주파수에 대한 최종 방정식이 제공되어 Twin-T 네트워크에 대한 진동이 발생합니다.

 

• 어디:
• § C   는 헤르츠 단위의 진동 주파수입니다.
• R은    옴 단위의 피드백 저항입니다.
• C    는 피드백 커패시턴스(패럿)입니다.
• π    (pi)는 약 3.142의 값을 갖는 상수입니다.

 

-90o ~ +90o 사이 의 널 주파수에서 발생하는 ( 빈 브리지 발진기의 0 ~ 180o 와 반대) 필요한 180o 위상 변이 를 생성하는 발진기에 대한 Twin-T 네트워크를 결정했습니다. , 전압 이득을 제공하려면 증폭기 회로가 필요합니다.

Twin-T 발진기 회로는 RC 피드백 네트워크를 연산 증폭기와 결합하여 가장 잘 구현됩니다. 높은 입력 임피던스 특성으로 인해 연산 증폭기는 트랜지스터에 비해 이러한 유형의 발진기와 더 잘 작동하는 경향이 있기 때문입니다.

Twin-T 증폭

표준 연산 증폭기는 높은 전압 이득, 높은 입력 임피던스 및 낮은 출력 임피던스를 제공할 수 있으므로 Twin-T 발진기에 탁월한 증폭기입니다. 발진 주파수에서 피드백 이득은 거의 0으로 떨어지므로 1(1) 보다 훨씬 큰 전압 이득을 갖는 증폭기가 필요합니다.

 

발진에 필요한 포지티브 피드백은 피드백 저항기 R 1 에 의해 제공되는 반면 저항기 R 2 는 시동을 보장합니다. 일반적으로 회로가 필요한 주파수에 가능한 한 가깝게 진동하도록 하려면 이 두 저항기의 비율이 100보다 커야 합니다(>100).

 발진 주파수에서 필요한 양의 이득을 얻기 위해 출력 전압 신호의 작은 부분이 적절한 전압 분배기 네트워크를 통해 비반전( + ) 입력 단자에 직접 적용되는 비반전 증폭기 구성을 사용할 수 있습니다  .

트윈 T 발진기 회로에 의해 생성된 네거티브 피드백은 반전(  –  ) 입력 단자에 연결됩니다. 이 폐쇄 루프 구성은 그림과 같이 매우 우수한 안정성, 매우 높은 입력 임피던스 및 낮은 출력 임피던스를 갖춘 비반전 발진기 회로를 생성합니다.

Twin-T 발진기 회로

그러면 Twin-T 발진기가 전압 분배기 네트워크를 통해 비반전 입력에 대한 포지티브 피드백을 받고, Twin-T RC 네트워크를 통해 네거티브 피드백을 받는 것을 볼 수 있습니다 . 회로가 필요한 단일 주파수에서 진동하도록 하기 위해 "티-레그" 저항기 R/2는 조정 가능한 트리머 전위차계일 수 있지만 시동 시 회로가 진동하도록 커패시터 허용 오차를 보상하도록 조정할 수도 있습니다.

Twin-T 발진기 예제 No1

전자 회로에 사용하기 위해 1kHz 정현파 출력 신호를 생성하려면 트윈 T 발진기 회로가 필요합니다. 이득 비율이 200인 연산 증폭기를 사용하는 경우 주파수 결정 구성 요소 R 및 C의 값과 이득 저항의 값을 계산합니다.

발진 주파수는 1kHz입니다. 두 피드백 저항기 R 10kΩ에 대해 합리적인 값을 선택하면(이 두 저항기는 동일한 값을 가져야 함을 기억하십시오) 주파수 공식을 사용하여 필요한 커패시터 값을 계산할 수 있습니다. 위에서 진동.

따라서 R = 10kΩ, C = 16nF입니다. 중앙 Tee-leg 커패시터 2C = 2 x 16nF = 32nF이므로 가장 가까운 권장 값인 33nF가 사용됩니다.

고역 분기 티 커패시터의 값이 33nF이므로 정확히 2C(2 x 16nF)와 동일하지 않으므로 이러한 변화를 조정하고 저역 분기 티를 조정하여 진동의 올바른 시작을 보장할 수 있습니다. -같은 양의 저항.

따라서 R (레그) 의 정확한 값은 10kΩ/2 = 5kΩ이지만 이 저항기의 계산된 값은 다음과 같이 제공됩니다. R (레그) = R/(33nF/16nF) = 4.85kΩ. 그러면 5kΩ 트림 포트를 사용하면 이 예의 요구 사항을 확실히 충족할 수 있습니다.

연산 증폭기의 루프 이득은 200이 필요하므로 R 2 에 대해 1kΩ 값을 선택하면 그림과 같이 저항 R 1 은 200kΩ이 됩니다.

최종 Twin-T 발진기 회로

Twin-T 발진기 회로 요약

우리는 이 튜토리얼에서 Twin-T 발진기 회로가 일부 수동 부품과 연산 증폭기를 사용하여 쉽게 구성될 수 있다는 것을 확인했습니다 . Twin-T 발진기 회로는 피드백 회로에 튜닝된 RC 네트워크를 사용하여 필요한 정현파 출력 파형을 생성합니다. 두 개의 T 네트워크가 병렬로 연결되어 있어 서로 역위상으로 작동하여 널 주파수에서는 출력이 0이 되지만 다른 모든 주파수에서는 출력이 유한합니다.

결과적으로 회로는 Twin-T RC 네트워크를 통한 네거티브 피드백으로 인해 튜닝된 주파수보다 높거나 낮은 주파수에서 진동하지 않습니다. 따라서 널 주파수에서 연산 증폭기의 비반전 입력 전압은 출력 전압과 위상이 일치하여 원하는 주파수에서 연속 발진이 발생합니다.

발진 주파수가 가능한 널 주파수에 가깝도록 하기 위해 저역 통과 스테이지의 티레그 저항에 트림 포트를 사용하여 시작 및 출력 파형의 순도를 위한 RC 네트워크의 균형을 맞출 수 있습니다.

"트윈-T 발진기"의 주요 단점 중 하나는 출력 파형의 발진 주파수와 품질이 트윈-T 네트워크의 저항기와 커패시터의 상호 작용에 크게 의존하고 이러한 구성 요소의 값과 선택에 따라 결정된다는 점입니다. 원하는 널 주파수에서 진동을 보장하려면 정확해야 합니다.