오래된 전자공학 농담 중에 “발진기를 만들고 싶으면 증폭기를 만들어보라”는 말이 있음
80년대에 읽은 Television Magazine 기사에서 Philips 라디오의 서비스 노트를 다루던 글이 떠올랐음
거기엔 “Fix VIUPS”라는 수리 지시가 있었는데, 저항 몇 개와 커패시터 몇 개를 바꾸는 정도였음
저자는 그게 뭔지 궁금해서 Philips 본사까지 연락했는데, 결국 엔지니어가 “VIUPS는 고장 났을 때 나는 소리 이름임”이라고 답했다고 함 — “VIUPS VIUPS VIUPS”
내가 들은 버전은 “증폭기는 발진하고, 발진기는 발진하지 않는다”였음
이건 no-input 테크닉으로 쉽게 시연할 수 있음. 오디오 믹서의 출력을 입력으로 다시 연결하면 피드백이 생기고, 그로부터 다양한 톤을 만들 수 있음
다만 조심해서 해야 함 — 시연 영상
공감됨, 진짜 공명(resonates) 하는 이야기임
AM 라디오로 이웃을 괴롭히는 가장 쉬운 방법은 재생형 AM 수신기의 이득을 너무 높이는 것임
그러면 발진해서 같은 주파수로 소음을 방출함. 여기에 탄소 마이크를 추가하고 게인을 최대로 하면 간단한 AM 송신기가 됨
LC 발진기는 만들기 꽤 쉬움
나는 무작위 회로 토폴로지를 생성하고 SPICE 시뮬레이션으로 발진 여부를 찾는 프로그램을 만들었음
그 결과, 가장 단순한 형태는 인덕터 1개, 커패시터 2개, 저항 1개, 트랜지스터 1개로 구성된다는 걸 발견했음
이 회로군을 “LCCRT 발진기”라 부르고, 가능한 조합을 모두 생성해보니 12개의 고유한 토폴로지가 있었음
실제로 테스트해보니 안정적이었고, 금속 탐지기에도 사용했음 — 프로젝트 링크
“새로운” 발진기라지만 사실 전부 콜피츠(Collpitts) 발진기의 변형임. 이미 100년 전에 연구된 구조들이라 겸손이 필요함
CS 전공자로서 전자공학 입문 수준인데, 왜 글이 LC 발진기가 아닌 트랜지스터 중심인지 궁금했음
멋짐! Q-팩터 기준으로 분류해보면 더 흥미로울 듯함
접근 방식이 인상적이었음. 저장소를 구경하면서 영감을 많이 받았음
Hacker News에 글 올리면 항상 이런 일 생김 — 누군가가 지식으로 압도함
어릴 때 전자공학을 시작했을 때, 발진기를 만들려면 증폭기를 만들고, 증폭기를 만들려면 발진기를 만들게 됐음
7살짜리의 야망은 기술보다 컸음. 수많은 시도 끝에야 증폭기가 발진하지 않게 만들 수 있었음
저항 색 코드를 읽는 법도 몰랐지만, 안다고 착각했음
기사에 나온 전구(lightbulb) 이야기를 짧게 설명하고 싶음
발진기에서 깨끗한 사인파를 얻는 게 어려운 이유는 이득 안정화 때문임
이득이 너무 낮으면 진동이 사라지고, 너무 높으면 포화되어 고조파가 생김
전구는 짧은 시간에는 선형 저항처럼, 긴 시간에는 비선형 저항처럼 동작함
필라멘트가 가열되면 저항이 증가하므로, 이를 이용해 자기 안정화 발진기를 만들 수 있음
전구를 증폭기의 이득 조정 저항으로 사용하면 거의 완벽한 사인파를 얻을 수 있음
발진기는 단순히 이득을 위상 지연(>90도) 주위에 걸어주는 것임
문제는 얼마나 예측 가능하고 안정적이게 만들 수 있느냐임
외부 요인(온도, 전압, 시간 등)에 덜 민감하게 만드는 게 핵심이며, 이를 위해선 Allan Variance 같은 개념을 참고하면 좋음
“부엉이의 나머지를 그려라” 밈처럼, 발진기 만드는 건 말처럼 쉽지 않음
진공관 발명 이후에도 안정적인 발진기를 만드는 데 오랜 시간이 걸렸음
결국 성공한 회사가 있었는데, 그게 바로 Hewlett-Packard였음
발진기의 발명은 사실 우연한 사고였다고 읽은 적 있음
누군가 증폭기를 만들다 입력과 출력을 잘못 연결해 “삐익” 소리를 냈고, 그게 발진기의 시작이었음
당시엔 고주파를 만들기 위해 AC 발전기를 사용했는데, 15kHz 정도가 한계였음
이 실수로부터 양의 피드백 개념이 생겼고, 이후 고전적인 발진기 회로들이 등장했음
언급되지 않은 두 가지 회로가 있음
하나는 “Two Transistor Metronome”으로, 아버지와 함께 7~8살 때 만들었음
두 트랜지스터가 일종의 SCR처럼 동작하는 릴랙세이션 발진기임 — 회로 링크
Roland TB303이나 Korg MS 시리즈의 발진기도 이와 유사한 구조를 사용함
내가 생각한 건 Astable Multivibrator였음. 아마 같은 회로일 듯
일반적으로 NPN 트랜지스터 두 개를 사용하는 버전이 많음 — 참고 링크
기타 이펙터를 디버깅하려고 신호 인젝터를 만들어봤음
Astable Multivibrator가 너무 많은 고조파를 만들어서 입력단에서도 들릴 정도였음
거의 Juggernaut처럼 신호를 밀어붙이는 느낌이었음
필터를 배우는 좋은 계기였고, 결국 깨끗한 사인파를 만들어낼 수 있었음
발진기가 어려운 이유는 우리가 요구하는 정확도(spec) 가 너무 높기 때문임
예를 들어 시계용 발진기는 단 5개의 부품으로 구성되지만, 하루에 1초 오차 이내(100ppm)를 요구함
전력, 시동, 온도 안정성 등 모든 조건을 만족시키는 게 어렵음
단순히 진동만 원한다면 노이즈 제너레이터를 만들면 됨
초보자에게는 555 타이머가 가장 쉬운 발진기임. ±10% 정도의 오차는 있지만 대부분의 용도엔 충분함
555는 비교기 2개, 전압 분배기, 커패시터로 구성된 단순한 구조임
하지만 현대 회로는 더 빠르고 정확해야 하므로, 초보자용 글이라면 555 중심으로 설명하는 게 좋음
Hacker News 의견
오래된 전자공학 농담 중에 “발진기를 만들고 싶으면 증폭기를 만들어보라”는 말이 있음
80년대에 읽은 Television Magazine 기사에서 Philips 라디오의 서비스 노트를 다루던 글이 떠올랐음
거기엔 “Fix VIUPS”라는 수리 지시가 있었는데, 저항 몇 개와 커패시터 몇 개를 바꾸는 정도였음
저자는 그게 뭔지 궁금해서 Philips 본사까지 연락했는데, 결국 엔지니어가 “VIUPS는 고장 났을 때 나는 소리 이름임”이라고 답했다고 함 — “VIUPS VIUPS VIUPS”
다만 조심해서 해야 함 — 시연 영상
그러면 발진해서 같은 주파수로 소음을 방출함. 여기에 탄소 마이크를 추가하고 게인을 최대로 하면 간단한 AM 송신기가 됨
LC 발진기는 만들기 꽤 쉬움
나는 무작위 회로 토폴로지를 생성하고 SPICE 시뮬레이션으로 발진 여부를 찾는 프로그램을 만들었음
그 결과, 가장 단순한 형태는 인덕터 1개, 커패시터 2개, 저항 1개, 트랜지스터 1개로 구성된다는 걸 발견했음
이 회로군을 “LCCRT 발진기”라 부르고, 가능한 조합을 모두 생성해보니 12개의 고유한 토폴로지가 있었음
실제로 테스트해보니 안정적이었고, 금속 탐지기에도 사용했음 — 프로젝트 링크
어릴 때 전자공학을 시작했을 때, 발진기를 만들려면 증폭기를 만들고, 증폭기를 만들려면 발진기를 만들게 됐음
7살짜리의 야망은 기술보다 컸음. 수많은 시도 끝에야 증폭기가 발진하지 않게 만들 수 있었음
저항 색 코드를 읽는 법도 몰랐지만, 안다고 착각했음
기사에 나온 전구(lightbulb) 이야기를 짧게 설명하고 싶음
발진기에서 깨끗한 사인파를 얻는 게 어려운 이유는 이득 안정화 때문임
이득이 너무 낮으면 진동이 사라지고, 너무 높으면 포화되어 고조파가 생김
전구는 짧은 시간에는 선형 저항처럼, 긴 시간에는 비선형 저항처럼 동작함
필라멘트가 가열되면 저항이 증가하므로, 이를 이용해 자기 안정화 발진기를 만들 수 있음
전구를 증폭기의 이득 조정 저항으로 사용하면 거의 완벽한 사인파를 얻을 수 있음
발진기는 단순히 이득을 위상 지연(>90도) 주위에 걸어주는 것임
문제는 얼마나 예측 가능하고 안정적이게 만들 수 있느냐임
외부 요인(온도, 전압, 시간 등)에 덜 민감하게 만드는 게 핵심이며, 이를 위해선 Allan Variance 같은 개념을 참고하면 좋음
진공관 발명 이후에도 안정적인 발진기를 만드는 데 오랜 시간이 걸렸음
결국 성공한 회사가 있었는데, 그게 바로 Hewlett-Packard였음
발진기의 발명은 사실 우연한 사고였다고 읽은 적 있음
누군가 증폭기를 만들다 입력과 출력을 잘못 연결해 “삐익” 소리를 냈고, 그게 발진기의 시작이었음
당시엔 고주파를 만들기 위해 AC 발전기를 사용했는데, 15kHz 정도가 한계였음
이 실수로부터 양의 피드백 개념이 생겼고, 이후 고전적인 발진기 회로들이 등장했음
언급되지 않은 두 가지 회로가 있음
하나는 “Two Transistor Metronome”으로, 아버지와 함께 7~8살 때 만들었음
두 트랜지스터가 일종의 SCR처럼 동작하는 릴랙세이션 발진기임 — 회로 링크
Roland TB303이나 Korg MS 시리즈의 발진기도 이와 유사한 구조를 사용함
일반적으로 NPN 트랜지스터 두 개를 사용하는 버전이 많음 — 참고 링크
기타 이펙터를 디버깅하려고 신호 인젝터를 만들어봤음
Astable Multivibrator가 너무 많은 고조파를 만들어서 입력단에서도 들릴 정도였음
거의 Juggernaut처럼 신호를 밀어붙이는 느낌이었음
필터를 배우는 좋은 계기였고, 결국 깨끗한 사인파를 만들어낼 수 있었음
발진기가 어려운 이유는 우리가 요구하는 정확도(spec) 가 너무 높기 때문임
예를 들어 시계용 발진기는 단 5개의 부품으로 구성되지만, 하루에 1초 오차 이내(100ppm)를 요구함
전력, 시동, 온도 안정성 등 모든 조건을 만족시키는 게 어렵음
단순히 진동만 원한다면 노이즈 제너레이터를 만들면 됨
초보자에게는 555 타이머가 가장 쉬운 발진기임. ±10% 정도의 오차는 있지만 대부분의 용도엔 충분함
555는 비교기 2개, 전압 분배기, 커패시터로 구성된 단순한 구조임
하지만 현대 회로는 더 빠르고 정확해야 하므로, 초보자용 글이라면 555 중심으로 설명하는 게 좋음
음악 중심의 전자공학에 관심 있다면 Moritz Klein의 YouTube 채널을 추천함