[DIY] 1 kHz Sine wave Generator

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[DIY] 1 kHz Sine wave Generator - 신정섭

최근에 Oscilloscope와 Function Generator를 중고로 구입하여 저녁 때 집에 가면 이것저것 재미나게 놀고 있습니다.
완전히 혼자 놀기의 진수죠^^

그런데 집에서 제게 주어진 공간이 없어서 뭐 하나 하려면 주섬주섬 들고와서 거실에서 늘어놓고 작업하다 다시 치우는 일의 반복입니다.
저는 납땜이고 뭐고 모든 작업을 바닥에 앉아 문턱에서 하고 있습니다. 어제도 집사람이 왜 사람이 들락거리는 문턱에 앉아서 그러고 있냐 하더군요.
완전히 편평한 바닥은 작업하기 더 힘들다고 대답했습니다. ㅠ.ㅠ

하여간 장비뿐 아니라 전원에다가 프로브, BNC 케이블 등등, 들고 다니고 연결하기 보통 귀찮은 일이 아닙니다.
특히 함수 발생기의 경우, 별로 고급스러운 작업을 하는 것도, 아는것도 아니어서 그냥 간단하게 기본 기능의 포켓용이 하나 있었으면 하는 생각을 오래 전부터 했습니다.
물론 1 kHz 사인파의 경우는 기존에 구할 수 있는 .wav 파일을 CD로 구어서 CDP로 재생해도 정말 훌륭하지만 그 또한 하다보니 귀찮고, 출력 레벨이 고정되어 있다는 것이 불만스러웠습니다.

그래서 9V 배터리로 조정되고,
현재 제 테스트 수준에서는 유용한 1 kHz Sine wave Generator를 만들게 되었습니다.

그래서 찾다보니 다음의 회로가 목적과 취향에 딱이었습니다.

http://ourworld.compuserve.com/homepages/Bill_Bowden/page8.htm#phase.gif

위 링크의 OP앰프 이용 회로를 그대로 만들면 약 600 Hz가 나오고 출력레벨은 조정하지 않도록 되어 있습니다.
(추가: 위 링크의 TR 버젼도 만들어 봤습니다. 원문에서 비추하던 정도 보다 훨씬 심각하더군요. 제 경우 파형이 극도로 불안정하여 도저히 가만히 있지를 않습니다. 저라면 회로도를 올리지도 않았을 듯...)

그래서 회로에서의 용량들을 다음과 같이 다소 수정했습니다.
- 출력레벨을 조정하는 510K 옴 저항을 1M 옴 가변저항으로 바꿈
- 출력 주파수를 결정하는 7.5K 옴 저항 3개를 작은 값(3.9K)으로 교체 (결과적으로 약 1 kHz 근방이 나옵니다.)

이렇게 하여 위와 같이 실체배선도를 그렸는데,
고민한 덕분에 아주 컴팩트하고 점퍼선 없이 잘 나왔습니다.
실제 기판의 크기는 500원짜리 주화와 비슷한 정도입니다.

이렇게 제작해서는 LED등을 달고 IC114에서 샀던 가장 작고 납작한 부품통(150원, PART-BOX819)에 넣었습니다. (현재는 뚜껑 안 열고도 가변저항 조정 되도록 작은 구멍을 하나 내었음)
전류소모도 아주 적고, 그냥 간단히 만들자 하여 별도 스위치는 달지 않았습니다.
또한 주파수 조정용 저항 3개를 바꿔끼기 쉽도록 그 부분만 Strip Socket을 사용했습니다.

제가 이 회로의 원리를 잘 알고 만든 것은 아니라서 기술적으로 설명드리기는 어렵지만 다음은 만들 때의 참고 사항입니다.


제작시의 Comment
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- 1 M 옴 가변저항 조정을 통해 출력레벨을 변경시킵니다.
가변저항을 돌려 저항값을 키우면 출력레벨이 증가합니다. 주어진 전원에서 언제 Clipping이 생기는지 확인하여 그 보다 더 돌리면 안됩니다. 그러므로 그것을 확인하기 위해선 파형관측이 꼭 필요합니다만 만약 그러한 장비가 없다면 가변저항 대신 그냥 470K-510K 옴정도의 고정저항으로 사용하시면, 그 정도로는 Clipping이 일어나지 않을 것이므로 충분하리라 생각합니다. 아니면 470K 옴의 가변저항을 쓰셔도 편할 겁니다. 물론 출력레벨은 1 M 옴 가변저항의 경우보다 좀 낮게 됩니다.

- 이 Clipping 직전의 최대 출력 레벨은 고정된 값이 아니라 사용전원에 따라 거의 비례적으로 변합니다. 즉 9V 공급시 Clipping없이 약 6.5Vpp (Peak-to-Peak) 파형까지 출력된다면 12V 공급시는 약 9Vpp 정도까지 출력됩니다. 다행스러운 것은 사용전원이 바뀐다고 해서 가변저항 조정을 다시해야 하는 것은 아닙니다. 즉, 저전압 전원에서 Clipping이 생기지 않도록 가변저항을 조정해 놓으면 고전압 전원에서도 안 생깁니다. (반대의 경우도 마찬가지)
한편, 제 경우 이렇게 조정하고 나서 보니까 690K 옴이군요.

- Single turn trimmer로의 조정성은 아주 좋습니다. 오히려 Multi turn은 더 불편할 듯하여 비추입니다.

- 저는 사용전류량을 감안하여 소비전류가 적은 NJM072를 OP앰프로 썼고 현재 9V 공급시는 Clipping없이 약 6.5Vpp 파형까지 출력됩니다.
한편, 저 1.3mA를 소모하는 LED를 포함해서 사용전류량은 약 4.7mA 정도 됩니다.

- 이 회로가 원래 저주파용으로 되어 있는지는 모릅니다. 다만 원문 회로에서 7.5K 옴 저항 3개가 주파수와 관련이 있어서 이 값을 감소시키면 주파수가 증가합니다. 원문대로 만들면 600 Hz 정도 나오길래 몇가지로 바꿔서 해 보았습니다. 결국 3.6K 저항으로 하니까 현재 1.07 kHz가 나오고 있습니다. 그래서 3.6K 옴으로 결정했습니다. --> 나중에 보니까 3.9K 가 더 적합한 것 같아서 3.9K로 수정함
제가 해보지 않아서 실제로 이 회로에서 조정할 수 있는 범위가 어디까지 인지는 잘 모르겠습니다.

- 파형은 아주 깨끗하게 나옵니다. 중고로 구입한 금성사의 함수발생기보다 훨씬 완벽한 모양을 하고 있습니다. 위의 오실로스코프 사진에서 세로축 한칸은 1V 입니다. 현재 8.3V 배터리 사용시 약 5.5Vpp (= 1.94 Vrms)를 보이고 있습니다.(실제로는 6Vpp 정도까지 가능) 충분한 출력레벨이라 여기저기 테스트하기 아주 적당합니다.
즉, 9V 배터리라면 2.0Vrms 이상까지 출력되므로 거치형 CDP의 라인아웃 최대값을 커버할 수 있습니다. (대부분의 미니기기 최대 출력레벨은 약 0.5Vrms 내외일 것임)

- 제작후에 Flux 닦는다고 물세척 등을 할 경우 주의해야 합니다.
어디를 특히 주의하냐면 1M 가변저항 부분입니다. 워낙 저항값이 크기 때문에 저항에 물이 스며들면 영향을 크게 줍니다. 물이 들어갔다면 완전히 마른 후에 동작시켜야 제대로 나옵니다. 고장나서 그런 것이 아니고요... (경험담)

- 기판부분(즉, 배터리 스냅, 출력 플러그, 케이스 등은 제외)에만 들어가는 부품비는 약 600원입니다. 다 포함시켜도 1000원 내외 하겠군요.

- 켜자마자 파형의 모양은 안정되게 출력되지만, 주파수는 조금 변합니다. 아주 천천히 증가하여 최종적으로 안정 후에는 약 50 Hz 정도 커지는 듯 합니다. 그러나 이렇게 주파수가 증가해도 실제 테스트 상에 불편하거나 문제가 생길 정도는 아닙니다.

- 재미 있는 것은 저렇게 출력되는 것을 혀에 대어 보니 혀 끝에서 뭔가 지글거리는 것이 1 kHz 가 느껴지네요.^^

- 아마 이것은 SMD 부품과 칩전해 등으로 정말 작게, 즉 배터리 스냅 위에다 일체형으로 만들어도 참 재미있겠습니다. (함 해봐? --> done !)


*** 추가 ***

SMD 부품을 사용하지 않고 Battery Snap 위에 구성한 모습입니다. 기판을 잘못 잘라서 썩 마음에 들진 않습니다만 일단 성공입니다.
가지고 있던 3발 가변저항은 공간 절약을 위해 다리를 구부려 펴서 세웠습니다.
이 녀석은 LED가 없어서 전류 사용량이 약 3.3mA 내외가 되는군요. 또한 가지고 있던 전해 콘덴서 중에 2.2uF/50V 짜리가 직경 4mm 밖에 안 되길래 써 봤습니다. 결과적으로 잘 동작하는군요.