R,L,C를 적절히 혼합한 회로로 임의의 주파수를 발생시키는 발진회로를 구성할 수 있습니다. 하지만 정밀한 주파수 발생원으로 사용하는데 어려움이 많고 좀더 손쉬운 방법들이 있습니다. 바로 크리스탈(말 그대로 수정입니다.)을 이용하는 방법이 있는데요. 특정 주파수에 공진하도록 조정된 수정에 콘덴서 2개만 붙이면 발진회로의 심장부를 만들 수 있습니다. 간단히 고정밀도 주파수를 발생시킬수 있어서 전자제품이라면 하나씩은 달고 나오는것 같습니다.
레조네이터와 오실레이터
최근에는 기술발달로 세라믹을 소재로 하고 콘덴서까지 내장하여, 저가격 및 사용편리성을 높인 레조네이터를 많이 사용하곤합니다. 수정보다는 정밀도가 떨어지지만 비교적 저속으로 작동되는 마이크로컨트롤러(MCU)의 주 클록 발생원으로 사용하면 딱 인 제품입니다. 특정 주파수 발진 파형을 가장 손쉽게 얻으려면 원하는 주파수의 오실레이터를 사면 됩니다 . 입력 전압만 걸어주면 원하는 주파수의 방형파가 멋지게 출력됩니다. 하지만 가격이 비쌉니다. 휴대폰에 황금코팅(정말일까요? 정확하진 않습니다만 그렇게 보입니다)까지 되어 붙어있는 녀석입니다.
발진파형 비교 - 오실로스코프 파형측정
새로 구입한 오실로스코프의 성능도 검사할겸 레조네이터와 오실레이터의 발진파형을 측정해 봤습니다.
부품 사양:
레조네이터: 4MHz, 1Mohm저항(저는 500K정도 2개연결함), 인버터 IC로 CMOS4069UBCP 사용했습니다. (레조네이터의 다리 3개중 가운데가 GND, 나머지 2개는 방향없이 연결가능합니다.)
오실레이터: 1.000000 MHz, 기타부품 필요없고, 5V 전압원만 있으면 됩니다. (오실레이터는 다리가 4개인데요, 점 표시가된 다리는 미사용됩니다.)
발진회로를 찾다가 재밌는걸 발견했습니다. 보통 LED 점멸기라면 트랜지스터 두개를 사용해야 한다고 생각하고 있었는데요 이녀석은 한개로 됩니다.
[그림1]
정확히는 모르지만 Esaki Effect(효과)와 관련된것 같습니다. 1972년에 노벨상을 받은 Leona Esaki라는 사람의 1957년경 발표된 연구결과에서 기원했다는군요.
전자회로 전공서적을 보면 UJT나 쇼클리다이오드를 이용한 발진회로와 유사하네요. 아마도 위 효과를 응용하여 만든 전용소자들인가 봅니다.
자세한 원리는 잘 모르지만 현상만 가지고 보자면 트랜지스터의 Collector와 Emitter 사이에 보통의 전위방향과 반대의 역전압을 걸어주는 회로로 구성되었습니다.
여기서 사용되는 전압원이 12V인데요, 약 10V(트랜지스터마다 다를듯합니다)의 역전압이 걸리는 순간 장벽이 깨지면서 전류가 흘러버리는 현상을 이용한것 같습니다. Base부분은 무접속입니다. 베이스 전류를 통한 증폭작용은 안합니다.
참고한 사이트(참고자료1) 자료에서는 2N2222 을 사용했는데요, 제경우 가장? 유명한 범용 트랜지스터 C1815로 테스트한 결과 정상 작동합니다.
부품선택: 저항값 1K옴, 100옴은 변동폭이 별로없습니다. (100옴이 없어서 220옴 2개를 병렬연결했고, 1K옴은 500옴짜리 2개를 직렬연결했습니다.) 정확한 값으로 작동을 테스트 후 변화 시켜보시기 바랍니다. 제경우 값이 바뀔때 발진이 멈추곤 했습니다. 콘덴서는 용량 변화가 가능하며, 발진 주파수가 변화됩니다. (아래의 동영상은 220uF 전해콘덴서를 사용)
LED를 제외하고 그냥 발진 파형 소스원으로도 테스트 해봤는데요, 수십KHz까지 잘 작동하더군요
[동영상1]
[참고사항] 첨부된 동영상에서 전류량이 수백mA로 표시되는데요, 값이 너무 커서 이상하다고 생각하여 확인해보니 테스터기가 고장이 나버렸더군요 본 회로를 테스트 하실때는 전류계 사용시 주의하시기 바랍니다. 제경우 회로를 재구성하다가 순간 전류량이 초과하여 테스터기가 고장나 버린것같네요 아날로그 전류계 사용을 권장합니다. [
주의사항: 사실 범용 트랜지스터로 이렇게 사용하는게 정상적인 작동은 아니므로 트랜지스터 파손가능성이 있을지도 모릅니다. 직접 테스트 해보실경우 회로 부분을 투명플라스틱으로 덮어두고 작동하시길 권장드리며 LED, 콘덴서, TR 모두다 터지면 위험할 수 있으니 안경이나 고글을 꼭 착용하시기바랍니다.
참고자료: 1. http://www.cappels.org/dproj/simplest_LED_flasher/Simplest_LED_Flasher_Circuit.html 2. 참고서적: 전자회로 도서출판 삼보 이현창 회 5인 공저 ( 보통 전공서적들이 수식을 너무 전면에 내세우는 경향이 있어서 학습욕구를 저하시키곤 했는데 이 책은 현상을 적절히 설명한 후 수식으로 정돈을 해주는게 맘에 들어 몇 일전 구매해 버렸답니다. 도서관에서 발견했는데요, 인기가 많은 책은 아닌가 봅니다. 왜일까요??? ) 3. DSO-2090 USB 오실로스코프
