수정발진기에서 안정한 발진을 할 수 있는 범위는 어떠한가?
상세 해설
정답 해설
수정발진기(Crystal Oscillator)에서 수정진동자는 직렬공진주파수(fs)와 병렬공진주파수(fp) 두 개의 공진점을 가집니다. fs 이하와 fp 이상의 주파수에서는 용량성(capacitive) 리액턴스를 나타내고, fs와 fp 사이의 주파수 대역에서는 유도성(inductive) 리액턴스를 나타냅니다. 수정발진기가 안정적으로 발진하려면 수정진동자가 유도성(인덕턴스) 특성을 가져야 하며, 이 유도성 조건은 fs < fK < fp(fK는 동작주파수)입니다. 이 영역에서 수정진동자는 등가적으로 인덕터처럼 동작하여 외부 회로의 캐패시턴스와 결합해 안정한 발진 조건을 형성합니다. 유도성 영역의 폭은 매우 좁아(수십~수백 Hz) 주파수 안정도가 극히 높습니다.
수정진동자의 리액턴스 특성 그래프를 기억하세요: fs 아래=용량성, fs~fp 사이=유도성, fp 위=용량성. 안정발진은 '유도성 영역'에서만 가능합니다. 'fs < f < fp'를 암기하세요.
오답별 해설
2. 수정발진기는 어떤 주파수에서든 안정적으로 발진한다
수정발진기는 모든 주파수에서 안정적으로 발진하는 것이 아닙니다. 오직 직렬공진주파수(fs)와 병렬공진주파수(fp) 사이의 좁은 유도성 영역에서만 안정한 발진이 가능하며, 이 범위를 벗어나면 용량성으로 변하여 발진 조건이 성립하지 않습니다.
3. 용량성 영역에서만 안정한 발진이 가능하다
용량성 영역이 아닌 유도성 영역에서 안정한 발진이 가능합니다. fs 이하 또는 fp 이상의 용량성 영역에서는 수정진동자가 단순 캐패시터처럼 동작하여 피드백 위상 조건을 만족시키지 못해 발진이 불안정합니다.
4. 공진주파수에서만 안정한 발진이 가능하다
공진주파수 한 점에서만 발진하는 것이 아니라, fs와 fp 사이의 유도성 영역 전체에서 안정한 발진이 가능합니다. 다만 이 영역이 매우 좁기 때문에 높은 주파수 안정도를 얻을 수 있습니다.