광운대학교 전기공학과 3학년 OP Amp를 이용한 삼각파 함수발생기 설계 결과

광운대학교 3학년 설계

OP Amp를 이용한 함수 발생기 설계 및 구현 프로젝트입니다.

삼각파를 구현하고 Vpp, frequency를 조정할 수 있으면 됩니다.

추가 사항으로 상승, 하강 기울기를 조절, 아두이노를 이용해 디지털로 조정가능하면 가산점입니다.

기본 함수발생기의 설계 목표는 삼각파 구현, 주파수와 전압크기가 조정되면 됩니다.

추가 사항으로 상승,하강 기울기의 조정, 그리고 아두이노로 위 변수들을 디지털로 조정하면 됩니다.

위 기본사항들과 추가 사항들까지 모두 구현하였습니다.

빨간 글씨가 설계시 중요하게 고려되는 부분입니다.
특히 주파수 조절시 Vpp가 변하는 문제가 있어, 전압을 유지하기 위해 회로를 다시 짰어야 했습니다.

삼각파의 기울기를 조정하는 방법으로 PWM을 조절, 적분기를 통해 기울기를 조절하도록 하였습니다.

아날로그와 디지털을 각각 측정한 함수발생기의 성능표입니다.

전체 회로를 각 기능별로 나누어 설명해 드리겠습니다.

Relaxation Oscillator는 기본적으로 슈미트 트리거를 사용하였습니다.
이를 통해 사각파를 안정적으로 출력할 수 있으며 히스테리시스를 이용하여 트리거 노이즈를 없애는 원리를 사용합니다.

회로의 가변 저항을 이용하여 주파수를 조정하게 됩니다.

적분기 파트에서는 표시된 가변저항을 통해 기울기를 조정합니다.
이때 가변저항 양단에는 9V, -9V가 연결되어 Vin 값을 조정합니다.
이때 우측의 그래프처럼 PWM이 조정됨과 동시에 사각파의 형태가 위아래로 같이 조정되어 적분값이 항상 일정함을 알 수 있습니다. -> 일정한 전압 유지 가능

출력된 삼각파의 값이 매우 작기 때문에 amplifer을 출력단에 달아주어 전압의 크기를 조절 가능하게 해줍니다.

디지털 조절을 위하여 아두이노에 연결한 digital potentiometer입니다.

아두이노에 스캐치한 내용입니다.
저희는 두 개의 가변저항을 대체하기 위하여 두개의 아두이노를 사용하였는데, 다른 조의 발표내용을 보니 한개의 아두이노로도 병렬 연결하면 두 디지털 가변저항을 조정 가능한 것 같았습니다.

트러블 슈팅으로 실제 제작시 삼각파의 파형이 일그러지게 나오는 경우가 있습니다.
이는 op amp를 여러개 사두어 여러 조합으로 바꾸어 보는 것을 추천합니다.
op amp ic가 뽑기 운이 있습니다...

주파수 조절 영역대가 너무 작은 값이라 간단하게 커패시터를 바꿔주는 것으로 조정하였습니다.

기본적으로 MCP41100 디지털 포텐시오미터 커맨드 바이트 문제가 있습니다.
해당 ic 같은 경우 SPI통신을 사용하여 입력값에 따라 저항이 바뀌는 구조를 가지고 있습니다.
저항 역할을 하는 3개의 pin에서 각각 저항 양단, 중간 탭의 값을 가지고 있으나, 커맨드 바이트 디폴트 값을 적용한 결과 제대로 기능하지 않음을 확인하였고, 저항친을 전부 활성화 하기 위한 코드로 수정해야 했습니다.