KR0144767B1 - 온도 변화에 안정한 발진기 - Google Patents

온도 변화에 안정한 발진기

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KR0144767B1 KR1019950043291A KR19950043291A KR0144767B1 KR 0144767 B1 KR0144767 B1 KR 0144767B1 KR 1019950043291 A KR1019950043291 A KR 1019950043291A KR 19950043291 A KR19950043291 A KR 19950043291A KR 0144767 B1 KR0144767 B1 KR 0144767B1
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Abstract

본 발명은 충방전 레벨의 온도 특성이 저항 및 캐패시터의 역특성을 갖도록 하는 온도 변화에 안정한 특성을 갖는 발진기에 관한 것으로, 시정수를 결정하는 시정수 결정부, 상기 시정수 결정부의 온도 특성에 역비례하는 온도 특성을 갖는 로우 기준 전압 및 하이 기준 전압을 발생하는 온도 종속 기준 전압 발생부, 상기 온도 종속 기준 전압 발생부로부터 출력되는 하이 기준 전압과 상기 시정수 발생부의 출력 전압을 비교하는 제1비교기, 상기 온도 종속 기준 전압 발생부로 부터 출력되는 로우 기준 전압과 상기 시정수 발생부의 출력 전압을 비교하는제2비교기, 상기 제1 및 제2비교기의 출력을 입력으로 하는 RS플립플롭, 상기 RS플립플롭의 출력에 따라 상기 시정수 결정부의 전하를 방전하는 방전부, 및 상기 RS플립플롭의 출력을 외부로 전달하는 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

온도 변화에 안정한 발진기(Oscillator with Temperature Stability)
제1도는 종래의 RC 발진기의 구성도,
제2도는 제1도의 출력 신호 파형도,
제3도는 본 발명에 의한 발진기의 개략적인 구성을 나타낸 구성도,
제4도는 본 발명에 의한 발진기의 일실시예를 세부적으로 나타낸 구성도,
제5도는 본 발명에 의한 발진기의 다른 실시예를 세부적으로 나타낸 구성도,
제6도는 제4도의 출력 신호 파형도, 제7도는 제5도의 출력 신호 파형도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11:온도 종속 기준 전압 발생부 11-1:하이 기준 전압 발생부
11-2:로우 기준 전압 발생부 12, 13:비교기
14:RS플립플롭 15:방전부
16:출력부 17:시정수 결정부
R11, R12, R21 내지 R26, R31 내지 R35:저항
C11:캐패시터
본 발명은 발진기에 관한 것으로, 특히 충방전 레벨의 온도 특성이 저항 및 캐패시터의 역특성을 갖도록 하는 온도 변화에 안정한 특성을 갖는 발진기에 관한 것이다.
제1도는 종래의 RC 발진기의 구성도이다.
종래의 RC 발진기는 제1도에 도시한 바와 같이 전원(Vcc)과 접지에 저항(R3, R4, R5)을 직렬 연결하여 하이(High) 및 로우(Low)에 해당하는 두 개의 기준 전압, 즉 하이 기준 전압과 로우 기준 전압(Vh, Vl)을 출력하는 기준 전압 발생부(6), 기준 전압 발생부(6)로부터 출력되는 하이 및 로우 기준 전압(Vh, Vl)을 각각 입력 신호와 비교하는 두 개의 비교기(1, 2), 비교기(1, 2)의 출력을 입력으로 하는 RS플립플롭(3), 전원(Vcc)에 연결되어 충방전되는 시정수를 결정하는 시정수 결정부(7), RS플립플롭(3)의 출력에 따라 시정수 결정부(7)의 전하를 방전하는 방전부(4), 및 RS플립플롭(3)의 출력을 외부로 전달하는 출력부(5)로 구성된다.
여기서 , 시정수 결정부(7)는 전원(Vcc)과 접지에 저항(R1, R2)과 캐패시터(C1)를 직렬 연결하고, 저항(R2)과 캐패시터(C1)에 비교기(1, 2)의입력단을 연결하여 구성되어 충반전되어 시정수를 결정하게 된다.
종래의 RC 발진기는 시정수를 결정하는 저항(R1, R2)과 캐패시터(C1)의 온도 특성에 따라 주파수 및 듀티(Duty)가 변화하여 안정한 특성을 요구하는 시스템에는 사용하기 어렵다.
이에 대해 세부적으로 설명한다.
제1도에 도시한 종래의 RC 발진기의 충전 시간(Tc)은
또한 방전 시간(Td)은
따라서 주기(T)는
가 되고, 주파수(F)는
가 되고, 듀티(Duty:D)는
가 된다.
위의 식(3)에서 제2항은 온도 변화에 무관한 상수항이고 제1항은 저항(R1, R2)과 캐패시터(C1)로 구성되어 온도 특성에 관계가 있는 항이므로, 위의 식(3)은 제1항에 의해 저항 및 캐패시터의 온도 특성에 비례하는 온도 특성을 갖는다.
즉, 위의 식(3)(4)(5)에 의해 주기(T), 주파수(F), 및 듀티(D)가 정의되는 종래의 RC 발진기의 온도 특성은 저항 및 캐패시터의 온도 특성에 비례하여 변동함을 알 수 있다.
다시말해서, 제2도에 도시한 바와 같이 25°일 경우(제2도(a))를 기준으로 하여, 100°인 경우 저항 및 캐패시터(RC)의 온도 계수가 음(-)일 때 (제2도(b))와 양(+)일 때 (제2도(c))에 따라 출력이 변화되게 된다.
따라서, 종래의 RC 발진기는 저항 및 캐패시터의 온도 특성에 따라 주파수 및 듀티에 해당하는 특성이 변화되므로 안정한 동작을 요구하는 시스템에서는 사용하기 어려운 문제점이 있었다.
상기 문제점을 개선하기 위한 본 발명은 충방전 레벨의 온도 특성이 저항 및 캐패시터의 역특성을 갖도록 하여 온도 변화에 안정한 특성을 갖는 발진기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 온도 변화에 안정한 발진기는 시정수를 결정하는 시정수 결정부, 상기 시정수 결정부의 온도 특성에 역비례하는 온도 특성을 갖는 로우 기준 전압 및 하이 기준 전압을 발생하는 온도 종속 기준 전압 발생부, 상기 온도 종속 기준 전압 발생부로부터 출력되는 하이 기준 전압과 상기 시정수 발생부의 출력 전압을 비교하는 제1비교기, 상기 온도 종속 기준 전압 발생부로부터 출력되는 로우 기준 전압과 상기 시정수 발생부의 출력 전압을 비교하는 제2비교기, 상기 제1 및 제2비교기의 출력을 입력으로 하는 RS플립플롭, 상기 RS플립플롭의 출력에 따라 상기 시정수 결정부의 전하를 방전하는 방전부, 및 상기 RS플립플롭의 출력을 외부로 전달하는 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 온도 변화에 안정한 발진기의 원리는 주기(T)를 계산하는 위의 식(3)에서 제2항의 온도 특성을 제1항의 온도 특성의 역특성으로 만드므로써 온도에 안정한 발진기를 만드는 것이다. 즉,
으로 하여 안정한 발진기를 만든다.
본 발명에 의한 온도 변화에 안정한 발진기는 제3도에 도시한 바와 같이 시정수 결정부(17), 온도 종속 기준 전압 발생부(11), 비교기(12, 13), RS플립플롭(14), 방전부(15), 및 출력부(16)로 구성된다.
시정수 결정부(17)는 시정수를 결정하는 것으로, 전원(Vcc)에 일단이 연결되고 방전부(15)에 타단이 연결된 저항(R11), 저항(R11)의 타단에 일단이 연결되고 비교기(12)의 (-)입력단자와 비교기(13)의 (+)입력단자에 타단이 연결된 저항(R12), 및 저항(R12)의 타단에 일단이 연결되고 접지에 타단이 연결된 캐패시터(C11)로 구성된다.
온도 종속 기준 전압 발생부(11)는 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12) 및 캐패시터(C11)의 온도 특성에 역비례하는 온드 특성을 갖는 로우 기준 전압(Vl) 및 하이 기준 전압(Vh)을 발생하는 것이다.
비교기(12)는 온도 종속 기준 전압 발생부(11)로부터 출력되는 하이 기준 전압(Vh)과 시정수 발생부(17)의 출력 전압을 비교하고, 비교기(13)는 온도 종속 기준 전압 발생부(11)로부터 출력되는 로우 기준 전압(Vl)과 시정수 발생부(17)의 출력 전압을 비교한다.
RS플립플롭(14)은 비교기(12, 13)의 출력을 입력으로 하여 방전부(15)와 출력부(16)를 동작시킨다.
방전부(15)는 시정수 결정부(17)의 저항(R11)의 타단에 연결되어 RS플립플롭(14)의 출력에 따라 시정수 결정부(17)의 전하를 방전한다.
출력부(16)는 RS플립플롭(14)의 출력을 외부로 전달한다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 온도 변화에 안정한 발진기의 동작을 설명한다.
온도 종속 기준 전압 발생부(11)에서 하이 기준 전압(Vh)과 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12) 및 캐패시터(C11)의 온도 특성에 역비례하는 온도 특성을 갖는 로우 기준 전압(Vl)을 발생하여 비교기(12, 13)로 출력한다.
한편, 시정수 결정부(17)의 캐패시터(C11)에서는 전원(Vcc)을 통해 저항(R11, R12)으로부터 입력되는 전하를 충전하게 된다.
이때, 비교기(12)는 하이 기준 전압(Vh)과 시정수 결정부(17)의 저항(R12)의 타단의 전압을 비교하고, 비교기(13)는 로우 기준 전압(Vl)과 시정수 결정부(17)의 저항(R12)의 타단의 전압을 비교한다.
비교기(12)의 비교 결과는 RS플립플롭(14)의 리셋 단자(R)로 입력되고, 비교기(13)의 비교 결과는 RS플립플롭(14)의 세트 단자(S)로 입력되어 RS플립플롭(14)을 레ㅅ 및 세트 시키게 된다.
RS플립플롭(14)으로부터 출력되는 신호(Q)는 다시 방전부(15)에 입력되어 시정수 결정부(17)의 캐패시터(C11)의 전하를 방전하게 된다.
즉, 시정수 결정부(17)의 캐패시터(C11)가 충전되어 저항(R12)의 타단의 전압이 하이 기준 전압(Vh) 이상이 되면 RS플립플롭(14)의 출력(Q)에 의해 방전부(15)가 방전을 한다. 이때, 방전이 완료되어 시정수 결정부(17)의 캐패시터(C11)의 전압이 낮아져서 저항(R12)의 타단의 전압이 로우 기준 전압(Vl) 이하가 되면 RS플립플롭(14)의 출력(Q)에 의해 방전부(15)가 방전을 중단하게 되고, 캐패시터(C11)는 다시 충전되기 시작한다.
이와 같은 동작으로 발진기는 동작하게 되고, RS플립플롭(14)의 출력(Q)은 출력부(16)를 통해 외부로 출력된다.
이때, 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12) 및 캐패시터(C11)가 온도 변화에 따라 특성이 변화되어 발진기로부터 출력되는 신호의 주파수 및 듀티가 변화되므로, 온도 종속 기준 전압 발생부(11)에서 위의 식(6)에 따라 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12)과 캐패시터(C11)의 온도 특성에 역비례하는 온도 특성을 갖는 로우 기준 전압(Vl)을 발생하게 된다.
다음으로 온도 종속 기준 전압 발생부(11)의 세부 구성을 살펴 본다.
온도 종속 기준 전압 발생부(11)는 제4도 및 제5도에 도시한 바와 같이 하이 기준 전압(Vh)을 발생하여 비교기(12)의 (+)입력 단자로 출력하는 하이 기준 전압 발생부(11-1), 및 시정수 결정부(17)의 온도 특성에 역비례하는 온도 특성을 갖는 로우 기준 전압(Vl)을 발생하여 비교기(13)의 (-)입력단자로 출력하는 로우 기준 전압 발생부(11-2)로 구성된다.
여기서, 하이 기준 전압 발생부(11-1)는 전원(Vcc)에 일단이 연결되고 비교기(12)의 (+)입력단자에 타단이 연결되어 비교기(12)의 (+)입력 단자로 하이 기준 전압(Vh)을 출력하는 저항(R21, R31), 및 저항(R21, R31)의 타단과 접지에 연결된 저항(R22, R32)으로 구성된다.
또한, 로우 기준 전압 발생부(11-2)는 베이스 에미터 전압(Vbe)이 온도 변화에 따라 음(-)의 특성을 갖는 트랜지스터(Q21, Q31)를 포함하여 구성되는데, 시정수 결정부(17)가 온도 변화에 대해 양(+) 또는 음(-)의 온도 계수를 갖는 경우에 대해 각각 다른 구성을 갖게 된다.
즉, 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12)과 캐패시터(C11)가 온도 변화에 대해 양(+)의 온도 계수를 갖는 경우 온도 보상을 위해, 로우 기준 전압 발생부(11-2)는 제4도에 도시한 바와 같이 전원에 일단이 연결된 저항(R23), 저항(R23)의 타단에 콜렉터가 연결되고 비교기(13)의 (-)입력단자에 에미터가 연결되어 비교기(13)의 (-)입력 단자로 로우 기준 전압(Vl)을 출력하는 트랜지스터(Q21), 트랜지스터(Q21)의 콜렉터와 베이스에 연결된 저항(R24), 트랜지스터(Q21)의 베이스와 에미터에 연결된 저항(R25), 및 트랜지스터(Q21)의 에미터와 접지에 연결된 저항(R26)으로 구성된다.
또한, 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12)과 캐패시터(C11)가 온도 변화에 대해 양(+)의온도 계수를 갖는 경우 온도 보상을 위해, 로우 기준 전압 발생부(11-2)는 제5도에 도시한 바와 같이 전원에 일단이 연결되고 비교기(13)의 (-)입력단자에 타단이 연결된 저항(R33), 비교기(13)의 (-)입력단자에 콜렉터가 연결되고 접지에 에미터가 연결된 트랜지스터(Q31), 트랜지스터(Q31)의 콜렉터와 베이스에 연결된 저항(R34), 및 트랜지스터(Q31)의 베이스와 에미터에 연결된 저항(R35)으로 구성된다.
이와 같이 구성되는 온도 변화에 안정한 발진기의 동작을 설명한다.
먼저, 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12)과 캐패시터(C11)가 온도 변화에 대해 양(+)의 온도 계수를 갖는 경우 온도 보상을 위해 동작하는 경우를 제4도를 참조하여 설명한다.
제4도에서 하이 기준 전압 발생부(11-1)와 로우 기준 전압 발생부(11-2)로부터 출력되는 하이 기준 전압(Vh)과 로우 기준 전압(Vl)은
이를 위의 식(3)에 대입하면 주기(T)는
따라서 제2항이 트랜지스터(Q21)의 베이스 에미터 전압(Vbe)의 온도 특성에 비례하는 음(-)의 온도 계수를 갖게 되므로, 저항(R21, R22, R23, R24, R25, R26)을 적절히 조절하여 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12) 및 캐패시터(C11)의 온도 변화가 양(+)의 온도 계수를 갖는 경우 주기(T)의 온도 특성을 안정화할 수 있다.
즉, 제6도에 도시한 바와 같이 25°일 경우를 기준으로 하여 100°인 경우, 로우 기준 전압(Vl)이 온도 변화에 따라서 변화되므로 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12)과 캐패시터(C11)에 의한 주기 및 듀티는 온도 변화에 무관하게 안정화 된다.
다음으로, 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12)과 캐패시터(C11)가 온도 변화에 대해 음(-)의 온도 계수를 갖는 경우 온도 보상을 위해 동작하는 경우를 제5도를 참조하여 설명한다.
제5도에서 하이 기준 전압 발생부(11-1)와 로우 기준 전압 발생부(11-2)로부터 출력되는 하이 기준 전압(Vh)과 로우 기준 전압(Vl)은
이를 위의 식(3)에 대입하면 주기(T)는
따라서 제2항이 트랜지스터(Q31)의 베이스 에미터 전압(Vbe)의 온도 특성에 역특성인 양(+)의 온도 계수를 갖게 되므로, 저항(R31, R32, R33, R34, R35)을 적절히 조절하여 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12) 및 캐패시터(C11)의 온도 변화가 음(-)의 온도 계수를 갖는 경우 주기(T)의 온도 특성을 안정화할 수 있다.
즉, 제7도에 도시한 바와 같이 25°일 경우를 기준으로 하여 100°인 경우 로우 기준 전압(Vl)이 온도 변화에 따라서 변화되므로 시정수 결정부(17)의 저항(R11, R12)과 캐패시터(C11)에 의한 주기 및 듀티는 온도 변화에 무관하게 안정화 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 발진기는 충/방전 레벨의 온도 특성이 저항 및 캐패시터의 역특성을 갖도록 하여 온도 변화에 안정한 특성을 갖으므로, 온도 변화에 안정한 특성을 요구하는 시스템에도 적용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 시정수를 결정하는 시정수 결정부(17), 상기 시정수 결정부(17)의 온도 특성에 역비례하는 온도 특성을 갖는 로우 기준 전압(Vl) 및 하이 기준 전압(Vh)을 발생하는 온도 종속 기준 전압 발생부(11), 상기 온도 종속 기준 전압 발생부(11)로부터 출력되는 하이 기준 전압(Vh)과 상기 시정수 발생부(17)의 출력 전압을 비교하는 제1비교기(12), 상기 온도 종속 기준 전압 발생부(11)로부터 출력되는 로우 기준 전압(Vl)과 상기 시정수 발생부(17)의 출력 전압을 비교하는 제2비교기(13), 상기 제1 및 제2비교기(12, 13)의 출력을 입력으로 하는 RS플립플롭(14), 상기 RS플립플롭(14)의 출력에 따라 상기 시정수 결정부(17)의 전하를 방전하는 방전부(15), 및 상기 RS플립플롭(14)의 출력을 외부로 전달하는 출력부(16)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 변화에 안정한 발진기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시정수 결정부(17)는 전원(Vcc)에 일단이 연결되고 상기 방전부(15)에 타단이 연결된 제1저항(R11), 상기 제1저항(R11)의 타단에 일단이 연결되고 상기 제1비교기(12)의 (-)입력단자와 제2비교기(13)의 (+)입력단자에 타단이 연결된 제2저항(R12), 및 상기 제2저항(R12)의 타단에 일단이 연결되고 접지에 타단이 연결된 캐패시터(C11)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 변화에 안정한 발진기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 온도 종속 기준 전압 발생부(11)는 하이 기준 전압(Vh)을 발생하여 상기 제1비교기(12)의 (+)입력 단자로 출력하는 하이 기준 전압 발생부(11-1), 및 상기 시정수 결정부(17)의 온도 특성에 역비례하는 온도 특성을 갖는 로우 기준 전압(Vl)을 발생하여 상기 제2비교기(13)의 (-)입력 단자로 출력하는 로우 기준 전압 발생부(11-2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 변화에 인정한 발진기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하이 기준 전압 발생부(11-1)는 전원(Vcc)에 일단이 연결되고 상기 제1비교기(12)의 (+)입력단자에 타단이 연결되어 상기 제1비교기(12)의 (+)입력 단자로 하이 기준 전압(Vh)을 출력하는 제1저항(R21, R31), 및 상기 제1저항(R21, R31)의 타단과 접지에 연결된 제2저항(R22, R32)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 변화에 안정한 발진기.
  5. 제3항에 있어서, 상기 로우 기준 전압 발생부(11-2)는 베이스 에미터 전압(Vbe)이 온도 변화에 따라 음(-)의 특성을 갖는 트랜지스터(Q21, Q31)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 변화에 안정한 발진기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 로우 기준 전압 발생부(11-2)는 전원에 일단이 연결된 제1저항(R23), 상기 제1저항(R23)의 타단에 콜렉터가 연결되고 상기 제2비교기(13)의 (-)입력단자에 에미터가 연결되어 상기 제2비교기(13)의 (-)입력단자로 로우 기준 전압(Vl)을 출력하는 트랜지스터(Q21), 상기 트랜지스터(Q21)의 콜렉터와 베이스에 연결된 제2저항(R24), 상기 트랜지스터(Q21)의 베이스와 에미터에 연결된 제3저항(R25), 및 상기 트랜지스터(Q21)의 에미터와 접지에 연결된 제4저항(R26)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 변화에 안정한 발진기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 로우 기준 전압 발생부(11-2)는 전원에 일단이 연결되고 상기 제2비교기(13)의 (-)입력단자에 타단이 연결된 제1저항(R33), 상기 제2비교기(13)의 (-)입력 단자에 콜렉터가 연결되고 접지에 에미터가 연결되어 상기 제2비교기(13)의 (-)입력 단자로 로우 기준 전압(Vl)을 출력하는 트랜지스터(Q31), 상기 트랜지스터(Q31)의 콜렉터와 베이스에 연결된 제2저항(R34), 및 상기 트랜지스터(Q31)의 베이스와 에미터에 연결된 제3저항(R35)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 변화에 안정한 발진기.
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