Transcript (7판)17장

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Chapter 17
통신 회로
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17-1. 기본적인 수신기
진폭 변조(AM ; amplitude modulation)
- 소리 또는 음악과 같은 오디오 정보를 대기 중에 전파되는 전자기파에
의하여 보내는 방법
- 반송파를 가진 신호의 진폭 fc가 소리 또는 음악과 같은 오디오
신호의 변조신호에 의해 변화
- 반송파 주파수는 수신기가 알려진 주파수에 동조되도록 함.
- AM 파형은 반송파 주파수와 상측 주파수(fc+fm), 하측 주파수(fc–fm) 를
포함하고, AM 방송 수신기의 주파수 대역은 540KHz~1640KHz
진폭 변조 신호
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슈퍼헤테로다인(superheterodyne) AM 수신기
- 안테나 : 모든 방사 신호를 수신
- RF 증폭기 : 방송 주파수 대역내의 반송파 주파수와 동조하여 증폭
- 국부 발진기 : 선택된 RF 주파수보다 455 kHz 높은 주파수의 사인파 발생
슈퍼헤테로다인 AM 수신기 블록 다이어그램
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- 혼합기 : RF 증폭기와 진폭 변조된 RF 신호와 국부 발진기의 사인파를
혼합하여(헤테로다이닝) 합 주파수와 차주파수 생성
- 중간주파수 증폭기 : 입력은 455 kHz AM 신호로 원래 신호의 복제로 이 신호의
레벨을 증폭
- 검파기 : 중간 주파수로 부터 변조신호를 복구
- 오디오 및 전력 증폭기 : 검파된 오디오 신호를 증폭시키고 스피커 구동
- AGC : 수신신호의 신호에 비례하는 검파기로부터 직류 레벨을 제공하는데 이는
수신되는 반송파 신호의 세기가 일정하도록 이득 조정하여 귀환
슈퍼헤테로다인 AM 수신기 블록 다이어그램
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AM 수신기의 신호 흐름
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주파수 변조(FM ; frequency modulation)
- 변조신호에 따라 주파수를 변화
- FM 방송 주파수 대역은 88MHz~108MHz
주파수 변조
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슈퍼헤테로다인(superheterodyne) FM 수신기
- FM 시스템은 AM에 비해 더 높은 주파수에서 동작
- 차이점은 오디오 신호가 변조된 중간 주파수로부터 복구되는 방식
(리미터, 변별기, 디엠퍼시스 회로에 의해)
슈퍼헤테로다인 FM 수신기 블록 다이어그램
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- RF 증폭기 : 88 MHz ~ 108 MHz의 주파수 신호를 증폭
- 국부 발진기 : 선택된 RF 주파수보다 10.7 MHz 높은 주파수의 사인파 발생
- 혼합기 : AM 수신기와 동일하고 출력이 10.7 MHz
- 중간주파수 증폭기 : 10.7 MHz FM 를 증폭
- 리미터 : IF 증폭기로 부터 출력되는 FM 신호의 원하지 않는 부분을 제거하고,
일정한 진폭의 FM 출력 발생
- 변별기 : AM 수신기의 검파기와 동일한 동작(음성신호 복구)
- 디엠퍼시스 : 프리엠퍼시스의 과정에 의해 발생되는 저주파와 고주파의
음성신호가 적절한 진폭관계가 되도록 조정
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FM 수신기의 신호 흐름
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17-2. 선형 곱셈기
4 상한 곱셈기
4 상한 극성 및 그 곱들
4 상한 곱셈기 전달 특성
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기본적인 선형 곱셈기
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곱셈기의 기본적인 응용
곱셈기
분할회로
제곱 회로
제곱근 회로
평방 제곱 회로
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17-3. 진폭 변조
- 저주파수(변조신호)와 고주파수(반송파주파수)의 진폭을 변화시키는 과정
- 반송파 주파수는 변조신호가 안테나로 전달될 수 있도록 역할
진폭 변조의 기본 개념
곱셈 과정
곱셈 과정
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합 주파수와 차 주파수
v  V p sin 2ft
v1  V1( p ) sin 2f1t ,
v2  V2( p ) sin 2f 2t
두 사인파를 곱하고 삼각함수 공식을 적용하면
V1( p )V2( p )
V1( p )V2( p )
v1v2 
cos 2 ( f1  f 2 )t 
cos 2 ( f1  f 2 )t
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평형 변조 해석
- 두 사인파를 곱하면 원래의 반송파의 형태가 보이지 않는 진폭변조 형태
사인파 반송파 신호와 사인파 변조신호를
vc  Vc ( p ) sin 2f c t , vm  Vm( p ) sin 2f m t
두 사인파를 곱하고 삼각함수 공식을 적용하면
Vc ( p )Vm( p )
Vc ( p )Vm( p )
vc v m 
cos 2 ( f c  f m )t 
cos 2 ( f c  f m )t
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평형 변조의 주파수 스펙트럼
선형 곱셈기의 입력
및 출력 스펙트럼
평형 변조기로서의 선형 곱셈기
평형 변조기로서의
선형 곱셈기
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표준 진폭 변조(AM)
표준 진폭변조에 대한 표현은
Vc ( p )Vm ( p )
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vout  Vc ( p ) sin 2f c t 
cos 2 ( f c  f m )t
2
Vc ( p )Vm ( p )

cos 2 ( f c  f m )t
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첨두 반송전압을 변조신호에 더하면
Vc ( p )  Vm ( p ) sin 2f m t
반송파 신호를 곱하면
Vout  (Vc ( p ) sin 2f c t )(Vc ( p )  Vm ( p ) sin 2f m t )
표준 진폭변조의
출력 스펙트럼
 Vc2( p ) sin 2f c t  Vc ( p )Vm ( p ) (sin 2f c t )(sin 2f m t )
위식의 곱셈항에 삼각함수 공식을 적용하면
Vc ( p )Vm ( p )
Vc ( p )Vm ( p )
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vout  Vc ( p ) sin 2f c t 
cos 2 ( f c  f m )t 
cos 2 ( f c  f m )t
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진폭 변조기의 블록도
진폭 변조기에서 덧셈 회로의 구현
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17-4. 혼 합 기
- 신호 주파수를 다른 주파수로
변화 시키는 주파수 변환기
- 국부 발진기에서 나온 신호와
함께 변조된 RF 신호를
입력으로 받아 두 입력 주파수
차와 합과 같은 주파수를 가진
변조 신호 생성
17-4. 혼 합 기
혼합기의 기능
선형 곱셈기로서의 혼합기
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혼합기의 기능
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17-5. AM 복조
기본 AM 복조기
IF로 변환된 AM 신호
복조의 예
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17-6. IF 및 오디오 증폭기
IF 증폭기
- 주파수 선택회로
- 특별한 대역폭(AM : 455KHz,
FM : 10.7MHz)의 중심
주파수에서 동작하도록 동조된
증폭기
- 수신되는 전체 반송파
주파수에 대해 단일 공진
주파수에서 동작하도록 설정
AM 수신기에서 IF 증폭기의 기본 함수 설명
기본적인 IF 동조회로
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오디오 증폭기
- 3KHz ~ 15KHz의 대역폭
- IC 오디오 증폭기가 널리 이용(LM 286)
수신시스템에서 오디오 증폭기
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17-7. 주파수 변조
- 반송파 주파수가 변조
신호에 따라 증가 또는
감소하는 변조방식
기본적인 주파수 변조기
주파수 변조
- 변조신호를 가지고 발진기의 주파수를 가변(VCO)
전압제어 발진기를
가진 주파수 변조
FM 복조
가변 리액턴스 VCO
기본적인 가변
리액턴스 VCO
- 경사 검파, 위상 천이 검파, 비율 검파, 4 상한 검파, 위상동기 루프 복조
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17-8. 위상 동기 루프(PLL)
- TV 수신기, 모뎀, 데이터 동기화 회로, 원격 측정 수신기 등에 응용
기본 PLL 개념
- 위상 검출기, 저역통과필터, 전압제어 발진기로 이루어지는 귀환회로
- 입력신호를 동기화 하는 역할
- 입력신호의 위상이 변하면 주파수 변화를 일으켜 입력신호와 같은
VCO 주파수를 유지하기 위한 위상검출기의 출력을 증가 또는 감소
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기본적인 PLL 블록도
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위상 검출기 – 선형 곱셈기
위상 검출기에인가된 입력신호 Vi 와 VCO 신호 Vo는
vi  Vi sin(2f i t   i ), vo  Vo sin(2f o t   o )
두 사인파를 곱하여 합 주파수와 차주파수를 생성
Vd  Vi sin(2f i t   i )  Vo sin(2f o t   o )
ViVo
VV
cos[(2f i t   i )  (2f o t   o )]  i o cos[(2f i t   i )  (2f o t   o )]
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PLL 이 잠기면 f i  f o  2f i t  2f o t

검출기 출력전압은
VV
Vd  i o [cos( i   o )  cos(4f i t   i   o )]
2
필터의 출력에서 제어전압은
VV
Vd  i o cos e
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기본 위상 검출기/필터 동작
- 필터 출력 전압은 입력신호와 VCO 신호 사이에 위상차에 비례하며,
VCO를 위한 제어 전압으로 사용
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전압제어 발진기(VCO)
- LC 발진기, 수정발진기, RC 발진기, 멀티바이브레이터
- 전압 가변 커패시터로서 버렉터 다이오드를 사용하는 가변
리액턴스의 원리에 의해 동작
- 버렉터 다이오드의 용량은 역방향 바이어스 전압에 따라 역으로
비례(용량은 역 바이이어스 전압이 증가하면 감소하고, 전압이
감소하면 용량이 증가)
- 발진주파수는
RC 발진기
1
fo 
2RC
LC 발진기
1
fo 
2 LC
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기본 VCO 동작
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기본적인 PLL 동작
정적인 조건에서
잠김 상태의 PLL
fi가 감소할 때의 PLL 동작
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fi가 증가할 때의 PLL 동작