Phase Shifter   위상 천이기

1.  위상 천이기 (Phase Shifter) 이란?

  ㅇ 입력 신호의 주파수,진폭은 그대로 유지하면서, 위상 변화 (시간적인 이동) 만을 발생시킴

  ※ [참고]
     - 위상 이란?  :  신호의 시간 축상에서 위치 정보 (앞섬, 뒤처짐 등)
        . 주파수(파장)에 따라 위상이 달라질 수 있음  ☞ 주파수 의존성 (분산) 참조
     - 주파수 무관하게 선형적인 위상 변화 (시간 이동)을 줌  ☞ (시간 선행기, 시간 지연기) 참조
        . 신호의 시간 축상 위치를 앞당기거나 늦추는 연산 수행
     - 주파수에 따라 일정한 위상 변화를 줌  ☞ 무왜곡 조건 참조
        . 모든 주파수 성분에서, 위상 특성이 주파수에 선형적(직선적)으로 비례할 때
     - 주파수에 따라 저마다 다른 위상 지연 (시간 지연)을 줌  ☞ 위상 왜곡, 지연 분산 등 참조 
        . 모든 주파수 성분 각각에서, 위상 지연 (시간 지연)이 일정하지 못할 때
     - 위상 특성 개선용 필터  ☞ 전역통과필터 (All Pass Filter, APF) 참조
        . 대표적인 위상천이기 회로 응용
     - 마이크로파 대역의 위상 천이기  ☞ 마이크로파 위상천이기 참조
        . 위상 천이의 구현 방식 : 기계적, 전기적, 전자적 등 다양한 방식 가능
        . 위상 천이의 구현 구조 : Loaded Line형, Hybrid Coupled형, 벡터 합형(VSPS), 반사형(RTPS),
                                  스위치형(STPS) 등


2. [단순 RC회로]  간단한 RC 위상천이용 회로들의 例

  ㅇ 진상(進相) 회로 (Lead Circuit)     =  RC HPF
     - 의도적으로 위상을 앞서게 함

  ㅇ 지상(遲相) 회로 (Lag Circuit)      =  RC LPF
     - 의도적으로 위상을 뒤처지게 함

  ㅇ 진상-지상 회로 (Lead-Lag Circuit)  =  BPF, 동조회로


3. [단순 RC회로]  진상(進相) 회로 (Lead Circuit)  =  RC HPF

   

  ㅇ 출력 전압이 입력 전압 보다 앞섬
     - 양의 위상편이를 줌 (위상각을 입력 신호에 더함)
     - 주파수가 커짐에 따라 위상편이가 작아짐
      
  ㅇ 고주파대역은 그대로 통과하고, 저주파대역에서 감쇠를 줌 (HPF)

  ㅇ 고주파대역에서, 출력 위상을 입력 위상 보다 늦게하여, 안정성 및 속응성을 개선하려는 목적


4. [단순 RC회로]  지상(遲相) 회로 (Lag Circuit)  =  RC LPF

   

  ㅇ 출력 전압이 입력 전압 보다 뒤짐
     - 음의 위상편이를 줌 (위상각을 입력 신호에서 뺌)
     - 주파수가 커짐에 따라 위상편이도 커짐

  ㅇ 저주파대역은 그대로 통과하고, 고주파대역에서 감쇠를 줌 (LPF)

  ㅇ 저주파대역에서, 출력 위상을 입력 위상 보다 늦게하여, 정상 오차를 개선하려는 목적


5. [간단한 RC회로]  진상-지상 회로 (Lead-Lag Circuit)  =  BPF, 동조회로

    

  ㅇ 동작 방식
     - 낮은 주파수 : 진상 회로로써 동작 
        . 출력이 입력 보다 앞섬
        . 주파수가 높아질수록, 리액턴스 XC2가 낮아져 출력 전압이 증가함
        . C2의 높은 리액턴스
     - 높은 주파수 : 지상 회로로써 동작
        . 출력이 입력 보다 뒤짐
        . 주파수가 높아질수록, 리액턴스 XC1가 낮아져 출력 전압이 감소함
     - 공진 주파수 : 동상
        . 
[#  R_1 = R_2, \quad X_{C1} = X_{C2} #]
        . 
[# A_v = \frac{V_o}{V_i} = \frac{1}{3} #]
        . 
[# f_o = \frac{1}{2πRC} #]

  ㅇ 사용 例) ☞ 윈 브리지 발진기(Wien Bridge Oscillator) 등 참조