🔄 궤환(Feedback) / 발진(Oscillation) 회로
궤환(Feedback)이란 증폭기의 출력 일부를 입력으로 되돌리는 동작.
궤환 방식에 따라 부궤환(안정성↑) 또는 정궤환(발진 발생)이 나타남.
궤환 방식에 따라 부궤환(안정성↑) 또는 정궤환(발진 발생)이 나타남.
🔀 부궤환(Negative) vs 정궤환(Positive)
부궤환 (Negative Feedback)
· 출력을 입력에서 빼서 되돌림 (180° 위상차)
· 폐루프 이득: Af = A1 + Aβ
· 이득은 ↓, 안정성·대역폭은 ↑
· 왜곡·잡음 ↓
· 용도: 증폭기 설계 (오디오·계측)
· 폐루프 이득: Af = A1 + Aβ
· 이득은 ↓, 안정성·대역폭은 ↑
· 왜곡·잡음 ↓
· 용도: 증폭기 설계 (오디오·계측)
정궤환 (Positive Feedback)
· 출력을 입력에 더해서 되돌림 (동상)
· 폐루프 이득: Af = A1 − Aβ
· 분모 → 0 이면 이득 ∞ → 발진
· 용도: 발진기·슈미트 트리거
· 폐루프 이득: Af = A1 − Aβ
· 분모 → 0 이면 이득 ∞ → 발진
· 용도: 발진기·슈미트 트리거
🧠 부호 암기 — 「이름과 분모 부호는 반대, 효과는 이름대로」
부(−)궤환 → 분모 1 + Aβ | 정(+)궤환 → 분모 1 − Aβ
이름에 − 가 붙은 부궤환의 분모가 +, 이름에 + 가 붙은 정궤환의 분모가 − 다. 헷갈릴 때는 결과로 되짚는다 — 부궤환은 이득이 줄어야 하니 분모가 커져야 하고(1+Aβ), 정궤환은 이득이 늘다가 터져야 하니 분모가 작아져야 한다(1−Aβ). Aβ가 1에 닿는 순간 분모가 0 → 이득 ∞ → 발진.
부(−)궤환 → 분모 1 + Aβ | 정(+)궤환 → 분모 1 − Aβ
이름에 − 가 붙은 부궤환의 분모가 +, 이름에 + 가 붙은 정궤환의 분모가 − 다. 헷갈릴 때는 결과로 되짚는다 — 부궤환은 이득이 줄어야 하니 분모가 커져야 하고(1+Aβ), 정궤환은 이득이 늘다가 터져야 하니 분모가 작아져야 한다(1−Aβ). Aβ가 1에 닿는 순간 분모가 0 → 이득 ∞ → 발진.
⚡ 바크하우젠 발진 조건 (Barkhausen Criterion) — 최다 출제!
발진이 지속되기 위한 조건
진폭 조건
|Aβ| = 1
루프 이득 = 1
위상 조건
∠Aβ = 0°
(또는 360°·n × 360°, 동상)
루프 이득(Loop Gain) Aβ = 증폭기 이득(A) × 궤환율(β)
두 조건을 동시에 만족해야 안정적 발진이 지속됨
두 조건을 동시에 만족해야 안정적 발진이 지속됨
🧠 한 문장으로 — 「한 바퀴 돌아왔을 때 크기 그대로(×1), 위상 그대로(0°)」
발진은 자기가 자기를 계속 만들어내는 상태다. 신호가 증폭기 → 궤환회로를 한 바퀴 돌아 입력으로 돌아왔을 때, 크기가 줄지도 늘지도 않고(|Aβ|=1) 파형이 어긋나지도 않아야(∠Aβ=0°) 원래 신호를 그대로 대신할 수 있다. 그래서 조건이 「크기 1, 각도 0」 두 개뿐이다. 합·차·나눗셈 보기(A+β=1, A−β=1, A/β=1)는 전부 오답 — 루프를 돌면 곱해지기 때문에 반드시 곱(Aβ) 이다.
발진은 자기가 자기를 계속 만들어내는 상태다. 신호가 증폭기 → 궤환회로를 한 바퀴 돌아 입력으로 돌아왔을 때, 크기가 줄지도 늘지도 않고(|Aβ|=1) 파형이 어긋나지도 않아야(∠Aβ=0°) 원래 신호를 그대로 대신할 수 있다. 그래서 조건이 「크기 1, 각도 0」 두 개뿐이다. 합·차·나눗셈 보기(A+β=1, A−β=1, A/β=1)는 전부 오답 — 루프를 돌면 곱해지기 때문에 반드시 곱(Aβ) 이다.
📊 Aβ 값에 따른 발진 거동
| Aβ 값 | 발진 거동 | 출력 파형 | 실제 의미 |
|---|---|---|---|
| Aβ > 1 | 진폭이 점점 커짐 | 클리핑·포화 | 발진 시작 단계 (과도 상태) |
| Aβ = 1 | 일정 진폭 유지 | 안정적 정현파 | 지속 발진 (이상적 상태) |
| Aβ < 1 | 진폭이 점점 작아짐 | 감쇠 → 소멸 | 발진 멈춤 |
🎚 Aβ 를 직접 움직여 보기 — 루프를 한 바퀴 돌 때마다 진폭에 Aβ 가 곱해진다
Aβ
1.00
📝 문제 풀이 가이드
💬 문제 패턴 1: "발진이 지속되기 위한 조건은?"
→ 정답: Aβ = 1 (또는 |Aβ|=1)
→ 보기 함정: A+β=1 ❌, A−β=1 ❌, A/β=1 ❌
→ 정답: Aβ = 1 (또는 |Aβ|=1)
→ 보기 함정: A+β=1 ❌, A−β=1 ❌, A/β=1 ❌
💬 문제 패턴 2: "βA > 1이면 출력 파형은?"
→ 정답: 클리핑(포화)이 발생
→ βA=1일 때 안정적 발진 유지
→ 정답: 클리핑(포화)이 발생
→ βA=1일 때 안정적 발진 유지
💬 문제 패턴 3: "발진 조건으로 옳은 것은?" (위상까지)
→ 정답: |Aβ|=1, ∠Aβ=0° (동상)
→ 두 조건 동시 만족 필요
→ 정답: |Aβ|=1, ∠Aβ=0° (동상)
→ 두 조건 동시 만족 필요
💬 문제 패턴 4: "정궤환 폐루프 이득 공식은?"
→ 정답: Af = A1 − Aβ
→ 부궤환은 (1 + Aβ), 부호로 구분
→ 정답: Af = A1 − Aβ
→ 부궤환은 (1 + Aβ), 부호로 구분
🛠 대표 발진회로 종류
| 분류 | 발진기 | 주파수 결정 | 특징 |
|---|---|---|---|
| LC 발진기 고주파 | 하틀리(Hartley) | L1·L2·C | 탭이 있는 코일 사용 |
| 콜피츠(Colpitts) | L·C1·C2 | 탭이 있는 커패시터 사용 | |
| 클랩(Clapp) | L·C1·C2·C3 | 콜피츠 개량형. 주파수 안정도↑ | |
| 암스트롱(Armstrong) | L·C, 변압기 결합 | 티클러 코일 사용 | |
| RC 발진기 저주파 | 위상천이(Phase-Shift) | RC 3단 | 각 단 60° × 3 = 180° 회전 |
| 윈 브리지(Wien-Bridge) | RC 브리지 | 오디오 대역 안정 발진 | |
| 수정 발진기 초고안정 | Crystal(Xtal) | 수정 진동자 | 주파수 안정도 최고 · 통신·시계 |
🧠 발진회로 암기 장치
① 하틀리 vs 콜피츠 — 「C로 시작하면 C가 두 개」
Colpitts = Capacitor 두 개 (L · C₁ · C₂) — 머리글자가 같아 이것 하나만 외우면 된다.
나머지 하나인 Hartley 는 자동으로 코일(L) 두 개 (L₁ · L₂ · C). 탭(tap)이 어디에 달렸는지를 묻는 문제가 그대로 같은 이야기다 — 콜피츠는 커패시터에 탭, 하틀리는 코일에 탭.
Colpitts = Capacitor 두 개 (L · C₁ · C₂) — 머리글자가 같아 이것 하나만 외우면 된다.
나머지 하나인 Hartley 는 자동으로 코일(L) 두 개 (L₁ · L₂ · C). 탭(tap)이 어디에 달렸는지를 묻는 문제가 그대로 같은 이야기다 — 콜피츠는 커패시터에 탭, 하틀리는 코일에 탭.
② 클랩 · 암스트롱 — 나머지 둘은 「콜피츠 + C」와 「변압기」
클랩(Clapp) = 콜피츠에 C를 하나 더 직렬로 붙인 개량형 (C 세 개) → 주파수 안정도 ↑. "콜피츠에 하나 더 붙여 손뼉(clap) 친다" 정도로 묶어 두면 순서가 안 엉킨다.
암스트롱(Armstrong) = 혼자만 변압기(티클러 코일) 결합. LC 4형제 중 결합 방식이 다른 하나로 기억한다.
클랩(Clapp) = 콜피츠에 C를 하나 더 직렬로 붙인 개량형 (C 세 개) → 주파수 안정도 ↑. "콜피츠에 하나 더 붙여 손뼉(clap) 친다" 정도로 묶어 두면 순서가 안 엉킨다.
암스트롱(Armstrong) = 혼자만 변압기(티클러 코일) 결합. LC 4형제 중 결합 방식이 다른 하나로 기억한다.
③ RC 두 개 — 「위상천이는 60°×3, 윈브리지는 오디오」
위상천이 발진기는 RC 3단이 각 60°씩 = 180°, 나머지 180°는 반전 증폭기가 담당해 합이 360°(=0°)가 된다. "RC가 반, 증폭기가 반" 으로 외우면 60°·3단·180° 숫자가 한꺼번에 따라온다.
윈 브리지는 오디오 대역의 저왜곡 정현파 — 저주파 쪽이 RC 담당이라는 큰 그림과 맞물린다.
위상천이 발진기는 RC 3단이 각 60°씩 = 180°, 나머지 180°는 반전 증폭기가 담당해 합이 360°(=0°)가 된다. "RC가 반, 증폭기가 반" 으로 외우면 60°·3단·180° 숫자가 한꺼번에 따라온다.
윈 브리지는 오디오 대역의 저왜곡 정현파 — 저주파 쪽이 RC 담당이라는 큰 그림과 맞물린다.
④ 안정도 순위 — 「수 · L · R」
수정 > LC > RC — 값비싼 순서가 곧 안정한 순서다. 담당 주파수도 같은 줄에 붙는다: RC = 저주파(Hz~kHz), LC = 고주파(MHz~GHz), 수정 = 정밀·기준. LC를 저주파에 못 쓰는 이유는 L 값이 감당 못 할 만큼 커지기 때문이다.
수정 > LC > RC — 값비싼 순서가 곧 안정한 순서다. 담당 주파수도 같은 줄에 붙는다: RC = 저주파(Hz~kHz), LC = 고주파(MHz~GHz), 수정 = 정밀·기준. LC를 저주파에 못 쓰는 이유는 L 값이 감당 못 할 만큼 커지기 때문이다.
⑤ 소속 한 줄 —
LC 4형제 = 하틀리 · 콜피츠 · 클랩 · 암스트롱 /
RC 2형제 = 위상천이 · 윈브리지 /
수정 = 혼자.
"LC 넷, RC 둘, 수정 하나" 로 개수까지 세어 두면 소속을 바꿔 놓은 오답 보기가 바로 걸린다.
📌 주파수 안정도 순위 (시험 빈출)
수정 발진기 > LC 발진기 > RC 발진기
· 수정: Q값 매우 높음 (수만~수십만) → 초정밀
· LC: 고주파(MHz~GHz)에 적합
· RC: 저주파(Hz~kHz)에 적합 (LC는 저주파에서 L값이 너무 커짐)
수정 발진기 > LC 발진기 > RC 발진기
· 수정: Q값 매우 높음 (수만~수십만) → 초정밀
· LC: 고주파(MHz~GHz)에 적합
· RC: 저주파(Hz~kHz)에 적합 (LC는 저주파에서 L값이 너무 커짐)
⚠ 시험 핵심 포인트 (반드시 외울 것)
· 바크하우젠 조건: Aβ = 1 (진폭) + ∠Aβ = 0° (위상)
· Aβ > 1 → 클리핑 / Aβ = 1 → 지속 / Aβ < 1 → 소멸
· 정궤환 폐루프 이득: A1−Aβ · 부궤환: A1+Aβ
· 위상 천이 발진기 = RC 3단으로 180° 회전 (각 단 60°)
· 안정도: 수정 > LC > RC
· 하틀리·콜피츠·클랩 = LC / 위상천이·윈브리지 = RC
· 바크하우젠 조건: Aβ = 1 (진폭) + ∠Aβ = 0° (위상)
· Aβ > 1 → 클리핑 / Aβ = 1 → 지속 / Aβ < 1 → 소멸
· 정궤환 폐루프 이득: A1−Aβ · 부궤환: A1+Aβ
· 위상 천이 발진기 = RC 3단으로 180° 회전 (각 단 60°)
· 안정도: 수정 > LC > RC
· 하틀리·콜피츠·클랩 = LC / 위상천이·윈브리지 = RC