안녕하세요.
Edward입니다.
이번 시간에는 커플링 콘덴서의 활용과 동작 2탄에 대해서 얘기해보도록 하겠습니다.
2편 내용은 커플링 콘덴서를 실제 사용 예와 동작에 관해서 설명입니다.
커플링 콘덴서의 기본 설명은 1편은 참고해주세요^^
[전자회로 심화 4-15] 커플링 콘덴서의 활용과 동작 1편
시작하기에 앞서 사실 지금 말씀드리는 내용을 정확하게 이해하려면 콘덴서에 대한 정확한 기초 이해가 필요합니다.
그래서 먼저 콘덴서의 응용 첫 번째에 대해 알고 싶으시면 아래 링크를 참고해주시고, 더 깊게 이해하고 싶다면,
콘덴서에 대한 다른 링크도 참고해주세요 ^^ (더 많은 링크가 있지만 그중에서 추려낸 거예요 ^^)
[전자회로 심화 4-8] 콘덴서 응용과 평활 회로 1탄
[전자회로 심화 4-10] 콘덴서 응용과 필터 원리 1탄
[전자회로 심화 4-13] 콘덴서 극성에 대한 고찰 1편
[전자회로 심화 4-2] 콘덴서의 용도와 종류 완벽 이해
[전자회로 심화 4-4] 모노 콘덴서 완벽 이해(동작 원리)
[전자회로 심화 4-5] 전해 콘덴서 완벽 이해 (원리와 사용법)
지난 시간에 다룬 내용
지난 시간에는 커플링 콘덴서란 어떤 동작을 하고, 어떻게 사용되는지에 대한 간략한 소개가 있었습니다.
Key Point! 만 설명드리자면 아래와 같아요^^
커플링 콘덴서란 "아날로그적인 신호만 통과시키는 방법"입니다.
위 회로와 파형을 보시면, 커플링 콘덴서는 대표적으로 위와 같은 회로에 중간 다리 역할로 사용됩니다.
앰프와 앰프 사이에 콘덴서를 부착하여, 교류 신호만 통과하게 됩니다.
그래서 이번에 다룰 내용은 앞서 소개드린 바와 같이 "커플링 콘덴서의 실제 사용 예"에 대해서 다뤄볼까 합니다.
아래와 같이 실제로 사용되는 회로를 한 번 살펴보죠.
위 회로는 일반적인 아날로그 앰프 회로입니다.
간단하게 동작을 살펴보면, "입력 IN으로부터 신호가 AMP1과 AMP2에서 증폭돼서 출력 OUT 되는 회로예요."
그리고 위 회로에는 총 6개의 콘덴서가 배치되어 있는데요.
이 중 "3개(C1, C3, C5)가 커플링 콘덴서로 사용"되었습니다.
커플링 콘덴서를 중간 다리 역할로 이용하여 아날로그 신호를 전송하는 목적으로 사용되고 있는 것이죠!
회로를 설명하려고 보니 "왜 커플링 콘덴서는 저기에 저렇게 사용되는 걸까??" 하는 의문이 드네요.
왜 직접 전선으로 연결하지 않고 콘덴서를 직렬로 부착했을까요??
보통 입력 IN으로 들어오는 신호는 0V 기준으로 아날로그 전압이 입력됩니다.
그리고 회로의 AMP1과 AMP2에 인가되는 전원은 +10V입니다.
여기서 잠깐 앰프에 대해서 간단하게 설명드릴게요.
앰프는 보통 OP-AMP라는 IC 증폭기를 사용합니다. 그런데 이 앰프란 녀석은 인가받은 전원에 따라 출력하는 전압이 달라지는 능력을 가지고 있어요. 보통 이런 능력을 "증폭"이라고 표현을 해요.
그래서 위 회로에서의 앰프의 연결을 보시면 +10V와 0V가 인가되어 있는데, 이렇게 연결된 것을 "단전원"이라고 해요.
그래서 위 앰프는 0V ~ +10V까지의 전압을 출력할 수 있는 회로에요!
그래서 방금 설명드린 내용을 토대로 다시 말씀드리자면,
처음에 입력 IN으로 들어오는 신호는 0V를 기준으로 움직이는 사인파 형태의 신호예요.
근데 0V ~ +10V만 출력되는 앰프로 구성되어 있으니까, 입력된 신호를 그대로 사용한다면, 전압의 - 스윙 부분이 없어지고 + 부분만 출력되게 되요.
그래서!! 커플링 콘덴서를 사용하여 전위를 Shift 기능을 사용하는 것이죠!
전위 Shift 회로는 아래 이미지 같이 구성됩니다!
전체 회로에서 "C1"콘덴서 부분만 가져왔습니다.
C1 콘덴서를 기준으로 왼편에는 0V를 기준으로 하는 신호가 있고, R1을 이용해 GND로 연결되어 있습니다.(0V 중심)
그리고 콘덴서의 오른편에는 5V를 기준으로 하는 신호가 있고, R2로 5V로 연결되어 있습니다.(5V 중심)
위 회로의 이미지를 보시면 파악하시겠지만, 위 회로는 콘덴서를 기준으로 0V전위에서 5V전위로 바뀌는 회로입니다.
즉, 0V 중심의 신호가 +5V중심의 신호로 바뀌는 것이죠!!
위 회로만으로 신호 진폭의 중심 전압을 바꿀 수 있어요 ! 이건 콘덴서를 사용했기 때문에 가능한 것이어요!
이 부분을 충전과 방전으로 설명하자면, 콘덴서의 왼쪽은 항상 0V, 오른쪽은 항상 5V로 되어 있어서 전극 사이에는 +5V가 상시 충전되어 있습니다.
이 상태는 앰프 1이 ON 되서 전압이 변화하는게 아니라면 변함이 없어요!
여기서 콘덴서의 오른쪽 5V는 "없는 것과 마찬가지"에요.
콘덴서의 동작 의미를 생각해 본다면 충전과 방전을 하기 때문에 의미 있는 것인데, 충전만 계속한다면 아무런 변화가 없기 때문에 "없는 것과 마찬가지"라고 표현할 수 있어요.
다음 커플링 콘덴서 "C3"에 대해서 설명드릴게요
아래 회로를 보시면 앰프1과 앰프2 사이에 콘덴서가 배치되어 있죠.
이 커플링 콘덴서를 사용하는 이유는 "앰프 1과 앰프 2가 +5V를 중심으로 움직이지 않을 경우를 대비"한 것입니다.
앰프 1의 출력 전압의 기준 전위와(중심) 앰프 2의 입력 전압의 기준 전위(중심)이 약간이라도 어긋난다면, 위 이미지의 'C 없는 경우'처럼 앰프 사이에 직류가 흐릅니다.
이러면 아날로그 신호처리에 문제가 생기기 때문에 콘덴서를 배치해서 "직류가 흐르지 않게 하기 위해 사용"합니다.
결론적으로 이 설명 또한 처음 설명드렸던 "C1"과 같은 이유로 부착된 것입니다. (직류 차단, 교류 통과 기능)
다만 다른 점은 C1 콘덴서와 같이 양끝이 0V, 5V가 아니라, C3 콘덴서의 양끝은 앰프 1의 출력 기준 전위와 앰프 2의 입력 기준 전위가 걸려있다는 점입니다.
마지막으로 사용되는 커플링 콘덴서는 "C5"의 역할은 동일하게 전압 Shift입니다.
다만, 이번에는 정반대로 동작을 합니다.
+5V 기준 전위의 신호를 0V 기준 전위로 다시 변하게 합니다.
보통 0V를 기준으로 신호를 송/수신하기로 약속되어 있기 때문에, 범용적으로 사용할 수 있도록 0V 전위로 맞춰서 출력하게 됩니다.
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