KR100541097B1 - 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어발진기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2개의 버퍼부로 구성되어 하나의 버퍼부에서 출력 신호의 레벨 조정이 가능한 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어발진기(VCO: voltage controlled )에 관한 것이다. 본 발명은, 제1입력전압(VT)을 이용하여 소정의 주파수를 갖는 신호를 선택하는 공진부; 상기 소정의 주파수를 갖는 신호를 발진 및 증폭하여 일정한 레벨을 갖는 제1레벨 신호로 출력하는 제1버퍼부; 상기 제1레벨 신호를, 소정의 제어 전류의 크기에 따라 가변되는 레벨을 갖는 제2레벨 신호로 변환하여 출력하는 제2버퍼부; 및 상기 제어 전류의 크기를, 제2입력전압(Vin)의 크기에 따라 제어하는 전류제어부를 포함하여, 일정한 레벨을 갖는 제1레벨 신호 및 제어 전류의 크기에 따라 가변되는 제2레벨 신호를 출력 신호로 출력하는 것을 특징으로 한다. 상기한 본 발명의 구성에 의하면, 본 발명은 무전기 겸용 휴대폰과 같은 이동통신단말기에 적용 가능하고, 공진부를 공통으로 사용함으로써 전압제어발진기를 소형화, 경량화할 수 있다. 또한, 상기 제2버퍼부의 출력단에 LC공진회로를 추가하여 제2고조파, 제3고조파의 하모닉 성분이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
전압제어발진기(VCO), 버퍼부, 공진부, LC공진회로, 무전기, 전류제어

Description

레벨 조정 기능을 갖는 전압제어발진기{VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR WITH CONTROLLING OUTPUT POWER LEVEL[dB]}
도1은 일반적인 무선통신 시스템의 송신부 구성도이다.
도2는 일반적인 전압제어발진기의 구성도이다.
도3은 본 발명에 의한 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어발진기의 구성도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 공진부 200: 제1버퍼부
210: 발진부 220: 증폭부
300: 제2버퍼부 400: 전류제어부
L: 인덕터(스트립 라인) R: 저항
C: 커패시터 VD: 바랙터 다이오드
TR: 트랜지스터 VT: 공진부 제1입력전압
Vin: 전류제어부 제2입력전압 Vcc: 전원전압
본 발명은 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어발진기(VCO: voltage controlled )에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무전기 겸용 핸드폰과 같은 이동통신단말기에 적용 가능한 전압제어발전기를 2개의 버퍼부로 구성하여, 하나의 버퍼부는 일정한 레벨을 갖는 신호를 출력하고 다른 버퍼부는 전류를 조절하여 레벨이 가변되는 신호를 출력하는 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어발진기에 관한 것이다.
통상적으로 휴대폰 장치는 사용자가 이동하며 통화하는 이동통신 장치로 개발되었으며, 휴대폰 가입자들이 계속적으로 증가하고 있다. 이와 같이 휴대폰의 사용자가 증가하면서 휴대폰 사용자들은 휴대폰에서 더 많은 부가 기능을 수행해 주기를 바라고 있다. 이를 수용하기 위해 많은 개발이 이루어져 왔으며, 또한, 휴대폰에 많은 기능들이 실장되어 왔다.
이러한 사용자들의 요구사항들 중 하나로 휴대폰 사용자들은 휴대폰간에 기지국을 거치지 않고 휴대폰간 통신을 하기를 원하는 경우가 있다. 특히 산악지역과 같이 통신불능 지역이나, 기지국이 없어 통화를 할 수 없는 지역 또는 통화감도가 떨어지는 장소 또는 호가 폭주하여 기지국을 통해 통신을 하기 어려운 장소에서 사용자간 미리 주파수를 동기시켜 통화를 할 수 있기를 원하게 되었다.
즉, 휴대폰을 무전기로 사용하기를 원하는 사용자들이 증가하게 되었다.
도1은 일반적인 무선통신 시스템의 송신부 구성도로서, 상기 무선통신 시스템의 기저대역 처리부로부터 제공된 중간 주파수 신호(Sin)는 송신부측의 믹서(11)에 입력된다. 그러면 상기 믹서(11)는 전압제어발진기(VCO:voltage controlled oscillator)(12)에서 제공되는 주파수(Fvco)와 상기 송신 신호(Sin)간의 주파수 차이에 따라 원하는 주파수를 갖는 송신 신호(Sout)를 추출한다. 그리고 상기 송신 신호는 전력 증폭기(PA:Power Amplifier)(14)에서 원하는 크기로 증폭된 후 안테나(15)를 통하여 방사된다.
여기서, 위상 동기 루프(PLL:Phase Locked Loop)는 소정의 기준 신호와 상기 전압제어발진기(12)로부터 피드백(feedback)되는 발진 출력(Fvco)의 위상차를 비교하여 상기 전압제어발진기(12)로 인가되는 입력전압(VT)을 조절한다.
상기와 같이, 현재 무선통신 시스템에 사용되는 전압제어발진기(12)는 원하는 주파수 출력을 제공할 수 있다.
도2는 일반적인 전압제어발진기의 구성도로서, 도2에 도시된 바와 같이, 전압제어발진기(12)는 상기 위상 동기 루프(13)로부터 제공되는 입력전압(VT)을 이용하여 소정의 주파수 신호를 선택하는 공진부(10)와, 상기 공진부(10)에서 선택된 소정의 주파수 신호를 발진 증폭하는 버퍼부(20)로 구성된다.
즉, 상기 싱글 밴드(single band) 전압제어발진기(11)는 하나의 공진부(10) 및 버퍼부(20)로 구성된다.
그러나, 듀얼 밴드(dual band) 전압제어발진기를 구현할 경우, 상기 듀얼 밴드 전압제어발진기는 2개의 공진부 및 버퍼부로 구성되어야 한다. 이렇게 되면, 전압제어발진기의 주파수 통과대역에 따라 구성되는 공진부 및 버퍼부의 수가 증가하여 상기 전압제어발진기내 부품이 차지하는 공간이 늘어날 뿐 아니라, 자재 소요량이 늘어 개발비용이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 상기 서술한 바와 같이, 사용자의 요구에 따라 무전기 겸용 핸드폰에 적용되는 전압제어발진기를 구현할 경우, 종래의 전압제어발진기는 동일한 레벨의 전력을 갖는 신호만을 출력하므로, 기지국을 거치지 않고 신호를 송신하는 무전기에는 사용 불가능하다. 따라서, 종래 전압제어발진기를 무전기 겸용 핸드폰에 적용하기 위해서는 별도의 추가적인 회로가 요구되어야 한다.
더하여, 상기 무전기 및 핸드폰에 각각 적용되는 전압제어발진기를 구현해야 하므로, 상기 듀얼 밴드 전압제어발진기와 같이, 전압제어발진기내 부품이 차지하는 공간이 늘어나고 자재 소요량에 따른 개발비용이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 발명으로, 그 목적은 무전기 겸용 휴대폰과 같은 이동통신단말기에 적용 가능한 전압제어발진기를 구현하기 위해서, 상기 전압제어발진기(VCO: voltage controlled)를 2개의 버퍼부로 구성하여 하나의 버퍼부는 일정한 레벨을 갖는 신호를 출력하고 다른 버퍼부는 전류를 조절하여 레벨이 가변되는 신호를 출력하는 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어발진기를 제공하는 것입니다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어발진기는
제1입력전압(VT)을 이용하여 소정의 주파수를 갖는 신호를 선택하는 공진부;
상기 소정의 주파수를 갖는 신호를 발진 및 증폭하여 일정한 레벨을 갖는 제1레벨 신호로 출력하는 제1버퍼부;
상기 제1레벨 신호를, 소정의 제어 전류의 크기에 따라 가변되는 레벨을 갖는 제2레벨 신호로 변환하여 출력하는 제2버퍼부; 및
상기 제어 전류의 크기를, 제2입력전압(Vin)의 크기에 따라 제어하는 전류제어부
를 포함하여, 일정한 레벨을 갖는 제1레벨 신호 및 제어 전류의 크기에 따라 가변되는 제2레벨 신호를 출력 신호로 출력하는 것을 특징으로 한다.
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이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어발진기를 설명한다.
도3은 본 발명에 의한 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어발진기의 구성도로서, 도3을 참조하면, 본 발명은 제1입력전압(VT)을 이용하여 소정의 주파수 신호를 선택하는 공진부(100)와, 상기 공진부(100)에서 선택된 소정의 주파수 신호를 발진, 증폭하여 일정한 제1레벨의 신호로 출력하는 제1버퍼부(200)와, 인가되는 전류의 세기에 따라 상기 제1버퍼부(200)의 출력신호의 소정의 제2레벨로 변환하여 출력하는 제2버퍼부(300)와, 제2입력전압(Vin)의 세기에 따라 상기 제2버퍼부(200)로 인가되는 전류의 세기를 조절하는 전류제어부(400)를 포함한다.
상기 공진부(100)로 입력되는 제1입력전압(VT)은 위상 동기 루프(PLL:Phase Locked Loop)(도1 참조)로부터 제공되는 것이다.
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상기 도3에 도시된 상기 공진부(100) 및 제1버퍼부(200)는 전압제어발진기의 일반적인 구성으로, 이하 설명하는 공진부(100) 및 제1버퍼부(200)의 구성은 본 발명의 실시에 따른 것이다.
상기 공진부(100)는 위상 동기 루프(PLL)(도1 참조)로부터 제1입력전압(VT)이 인가되는 상기 공진부(100)의 입력단에 연결된 제1인덕터(L1)와, 일단이 상기 공진부(100)의 입력단에 연결되고 타단은 접지되는 제1커패시터(C1)와, 음극이 상기 제1인덕터(L1)와 연결되고 양극은 접지되는 바랙터(varator) 다이오드(VD)와, 일단이 상기 제1인덕터(L1)와 상기 바랙터 다이오드(VD)의 접점에 연결되는 제2커패시터(C2)와, 일단이 상기 제2커패시터(C2)의 타단과 연결되고 타단은 접지되는 제3커패시터(C2)와, 일단이 상기 제2커패시터(C2)와 상기 제3커패시터(C3)의 접점에 연결되고 타단은 접지되는 스트립 라인(L2)과, 일단이 상기 스트립 라인(L2)과 상기 제2,3커패시터(C2,C3)의 접점에 연결되는 제4커패시터(C4)를 포함한다.
상기 제1인덕터(L1)와 제1커패시터(C1)는 상기 공진부(100)의 입력단에 연결되어, 상기 공진부(100)에서 선택된 신호가 입력단으로 누설되는 것을 방지하고, 외부 노이즈가 유입되는 것을 차단한다.
상기 바랙터 다이오드(VD)는 상기 제1입력전압(VT)의 크기에 따라 가변용 커패시턴스로 작용하여 상기 입력 신호에 따른 주파수를 변화시킨다.
또한, 상기 제2커패시터(C2), 스트립 라인(L2) 및 바랙터 다이오드(VD)는 LC공진회로를 이루어 원하는 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 필터로 작용한다.
상기 제4커패시터(C4)는 상기 LC공진회로에서 필터링된 신호를 상기 제1버퍼부(200)로 통과시키고, 상기 제1버퍼부(200)의 전원전압(Vcc)이 상기 LC공진회로로 유입되는 것을 차단한다.
상기 제1버퍼부(200)는 상기 제1공진부(100)에서 공진된 신호를 제1트랜지스터(TR1)를 이용해 발진시키는데, 이러한 상기 제1버퍼부(200)의 발진부(210)는 일단이 상기 제4커패시터(C4)에 연결되고 타단이 접지되는 제3저항(R3)과, 일단이 상기 제3저항(R3)과 제4커패시터(C4)의 접점에 연결되고 타단은 제4저항(R4)과 연결되는 제5커패시터(C5)와, 일단이 상기 제5커패시터(C5)와 제4저항(R4)의 접점에 연결되고 타단은 접지되는 제6커패시터(C6)와, 베이스가 상기 제4커패시터(C4) 및 제3저항(R3)의 접점에 연결되고 에미터가 상기 제4저항(R4)과 제5커패시터(C5)의 접점에 연결되는 제1트랜지스터(TR1)를 포함한다.
상기 제1트랜지스터(TR1)는 상기 제4커패시터(C4)를 통과한 신호를 증폭하고, 상기 제5커패시터(C5)는 상기 제1트랜지스터(TR1)의 에미터와 베이스를 연결하여 상기 제1트랜지스터(TR1)의 에미터로 배출되는 신호를 다시 베이스로 인가하여 피드백시킴으로써, 상기 공진부(100)에서 필터링된 주파수를 발진시킨다.
또한, 상기 제1트랜지스터(TR1)의 에미터에 연결된 제4저항(R4) 및 제3저항(R3)은 상기 제1트랜지스터(TR1)가 온도에 따라 급격하게 변화하는 바이어스 전압을 안정시키고, 상기 제1트랜지스터(TR1)의 에미터에 연결된 제6커패시터(C6)는 상기 제1트랜지스터(TR1)에서 증폭된 신호 중 원하지 않는 신호(noise)를 접지로 배출시킨다.
상기 제1버퍼부(200)는 상기 제1공진부(100)에서 공진된 신호를 제1트랜지스터(TR1)를 이용해 발진시키고, 상기 제1트랜지스터(TR1)보다 높은 게인(Gain)을 갖는 제2트랜지스터(TR2)를 이용해 상기 제1트랜지스터(TR1)에서 발진된 신호를 증폭시킨다.
이러한 상기 제1버퍼부(200)의 증폭부(220)는 일단이 상기 제1트랜지스터(TR1)의 에미터에 연결되고 타단은 제2트랜지스터(TR2)의 베이스에 연결되어 상기 제1트랜지스터(TR1)의 출력 신호를 상기 제2트랜지스터(TR2)로 입력시키는 제7커패시터(C7)와, 일단이 상기 제2트랜지스터(TR2)의 콜렉터에 연결되고 타단은 접지되어 상기 제2트랜지스터(TR2)로 역위상이 인가되는 것을 방지하는 제9커패시터(C9)와, 일단이 전원전압(Vcc)에 연결되고 타단은 제2트랜지스터(TR2)와 연결되는 제3인덕터(L3)와, 일단이 상기 제3인덕터(L3)와 전원전압(Vcc)의 접점에 연결되고 타단은 접지되는 제8커패시터(C8)와, 일단이 상기 제2트랜지스터(TR2)와 제3인덕터(L3)의 접점에 연결되고 타단은 접지되는 제11커패시터(C11)와, 일단이 상기 제11커패시터(C11)와 상기 제2트랜지스터(TR2)의 접점에 연결되고 타단은 제1버퍼부(200)의 출력단에 연결되는 제10커패시터(C10)를 포함한다.
여기서, 상기 제3인덕터(L3)와 제8커패시터(C8)는 상기 제1버퍼부(200)에서 증폭된 신호가 전원전압(Vcc)을 통해 외부로 누설되는 것을 방지한다.
상기 제10커패시터(C10)는 상기 전원전압(Vcc)가 상기 제1버퍼부(200)의 출력단으로 유출되는 것을 차단하고, 출력단으로부터 노이즈가 상기 제1버퍼부(200)로 유입되는 것을 차단한다.
상기 제11커패시터(C11)는 상기 제2트랜지스터(TR1)에서 출력되는 신호의 주파수 통과대역을 설정하여, 제2고조파 및 제3고조파의 하모닉을 개선한다.
상기 제2버퍼부(300)는 상기 제2트랜지스터(TR2)에서 출력되는 신호가 베이스로 입력되는 제3트랜지스터(TR3)와, 일단이 전원전압(Vcc)에 연결되고 타단은 제3트랜지스터(TR3)와 연결되는 제4인덕터(L4)와, 일단이 상기 제4인덕터(L4)와 전원전압(Vcc)의 접점에 연결되고 타단은 접지되는 제13커패시터(C13)와, 일단이 상기 제3트랜지스터(TR3)와 제4인덕터(L4)의 접점에 연결되고 타단은 접지되는 제15커패시터(C15)와, 일단이 상기 제15커패시터(C15)와 상기 제3트랜지스터(TR3)의 접점에 연결되는 제16커패시터(C16)와, 일단이 상기 제16커패시터(C16)와 연결되고 타단은 제2버퍼부(300)의 출력단과 연결되는 제5인덕터(L5)와, 일단은 상기 제5인덕터(L5)와 상기 제2버퍼부(300)의 출력단의 접점에 연결되고 타단은 상기 전류제어부(400)와 연결되는 제16커패시터(C16)를 포함한다.
여기서, 상기 제4인덕터(L4)와 제13커패시터(C13)는, 상기 제3인덕터(L3)및 제8커패시터(C8)와 마찬가지로, 상기 제2버퍼부(300)에서 증폭된 신호가 전원전압(Vcc)단을 통해 외부로 누설되는 것을 방지하고, 외부 노이즈가 상기 제2버퍼부(300)로 유입되는 것을 차단한다.
상기 제15커패시터(C15)는, 상기 제10커패시터(C10)와 마찬가지로, 상기 전원전압(Vcc)이 상기 제2버퍼부(300)의 출력단으로 유출되는 것을 차단하고, 출력단으로부터 노이즈가 상기 제2버퍼부(300)로 유입되는 것을 차단한다.
상기 제14커패시터(C14)는, 상기 제11커패시터(C11)와 마찬가지로, 상기 제3트랜지스터(TR3)에서 출력되는 신호의 주파수 통과대역을 설정하여, 제2고조파 및 제3고조파의 하모닉을 1차적으로 개선한다.
더하여, 본 발명의 특징인 상기 제5인덕터(L5) 및 제16커패시터(C16)는 LC공진회로를 구성하여, 상기 제14커패시터(C14)에서 설정된 주파수 통과대역을 보다 샤프하게 재 설정함으로써, 상기 제2버퍼부(300)에서 배출되는 신호가 2차적으로 필터링되고, 제2고조파 및 제3고조파 등의 하모닉 역시 2차적으로 개선할 수 있다.
상기 전류제어부(400)는 일단이 상기 제3트랜지스터(TR3)의 에미터에 연결되는 제7저항(R7)과, 일단이 상기 제7저항(R7)에 연결되고 타단은 접지되는 제8저항(R8)과, 베이스가 제2입력전압(Vin)과 연결되고 콜렉터가 상기 제7저항(R7)과 제8저항(R8)의 접점에 연결되고 에미터가 접지되는 스위치 트랜지스터(SWTR)를 포함한다.
상기 스위치 트랜지스터(SWTR)는 베이스로 입력되는 전압이 하이(high)이면 스위치 온(on)되어 상기 제7저항(R7)만 동작시킨다. 따라서, 상기 제3트랜지스터(TR3)의 에미터 전류가 증가하여 상기 제2버퍼부(300)의 출력 전력이 증가하고, 상기 출력 전력이 증가하므로 제2버퍼부(300)의 신호 레벨은 커지게 된다.
또한, 상기 스위치 트랜지스터(SWTR)는 베이스로 입력되는 전압이 로우(low)이면 스위치 오프(off)되어 상기 제7저항(R7) 및 상기 제8저항(R8)을 동작시킨다. 따라서, 상기 제3트랜지스터(TR3)의 에미터 전류가 감소하여 상기 제2버퍼부(300)의 출력 전력이 감소하고, 상기 출력 전력이 감소하므로 상기 제2버퍼부(300)의 신호 레벨은 감소하게 된다.
상기와 같이, 상기 전류제어부(400)의 스위치 트랜지스터(SWTR)의 온/오프에 따라 제2버퍼부(300)의 신호 레벨을 조절할 수 있는데, 이때, 상기 제7저항(R7)의 저항값보다 높은 상기 제8저항(R8)의 저항값을 사용할 수록, 상기 제2버퍼부(300)로 인가되는 전류의 세기가 작아진다.
전술한 구성에 있어서, 본 발명은 상기 전류제어부(400)로 입력되는 신호가 하이(high)인지 로우(low)인지에 따라 상기 제16커패시터(C16)를 선택적으로 사용하기 위해서, 상기 제16커패시터(C16)의 일단을 상기 전류제어부(400)의 베이스와 연결하고 타단을 상기 제2버퍼부(300)의 출력단과 연결한다.
즉, 상기 전류제어부(400)로 하이(high)신호가 입력되면 상기 제16커패시터(C16)는 인덕터로서 작용하고, 상기 전류제어부(400)로 로우(low)신호가 입력되면 상기 제16커패시터(C16)는 커패시터로 작용하여 상기 제2버퍼부(300)의 출력신호를 필터링하는 LC공진회로로 작용한다.
본 발명은 전압제어발진기를 2개의 버퍼부로 구성하여 제1버퍼부는 레벨이 일정한 신호를 출력하고, 제2버퍼부는 레벨 조정이 가능한 신호를 출력함으로써, 무전기 겸용 휴대폰과 같은 이동통신단말기에 적용 가능하고, 공진부를 공통으로 사용함으로써 전압제어발진기를 소형화, 경량화할 수 있다.
또한, 상기 제2버퍼부의 출력단에 LC공진회로를 추가하여 제2고조파, 제3고조파의 하모닉 성분이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (3)

  1. 제1입력전압(VT)을 이용하여 소정의 주파수를 갖는 신호를 선택하는 공진부;
    상기 소정의 주파수를 갖는 신호를 발진 및 증폭하여 일정한 레벨을 갖는 제1레벨 신호로 출력하는 제1버퍼부;
    상기 제1레벨 신호를, 소정의 제어 전류의 크기에 따라 가변되는 레벨을 갖는 제2레벨 신호로 변환하여 출력하는 제2버퍼부; 및
    상기 제어 전류의 크기를, 제2입력전압(Vin)의 크기에 따라 제어하는 전류제어부
    를 포함하여, 일정한 레벨을 갖는 제1레벨 신호 및 제어 전류의 크기에 따라 가변되는 제2레벨 신호를 출력 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어발진기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2버퍼부는
    상기 제1레벨 신호가 베이스로 입력되는 제3트랜지스터(TR3);
    일단이 전원전압(Vcc)에 연결되고 타단은 상기 제3트랜지스터(TR3)와 연결되는 제4인덕터(L4);
    일단이 상기 제4인덕터(L4)와 상기 전원전압(Vcc)의 접점에 연결되고 타단은 접지되는 제13커패시터(C13);
    일단이 상기 제3트랜지스터(TR3)와 상기 제4인덕터(L4)의 접점에 연결되고 타단은 접지되는 제15커패시터(C15);
    일단이 상기 제15커패시터(C15)와 상기 제3트랜지스터(TR3)의 접점에 연결되는 제16커패시터(C16);
    일단이 상기 제16커패시터(C16)와 연결되고 타단은 상기 제2레벨 신호의 출력단에 연결되는 제5인덕터(L5); 및
    일단이 상기 제5인덕터(L5)와 상기 제2레벨 신호의 출력단의 접점에 연결되고 타단은 상기 전류제어부와 연결되는 제16커패시터(C16)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전류제어부는
    일단이 상기 제3트랜지스터(TR3)의 에미터에 연결되는 제7저항(R7);
    일단이 상기 제7저항(R7)에 연결되고 타단은 접지되는 제8저항(R8); 및
    상기 제2입력전압(Vin)에 베이스가 연결되고, 상기 제7저항(R7)과 제8저항(R8)의 접점에 콜렉터가 연결되고 에미터가 접지되는 스위치 트랜지스터(SWTR)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨 조정 기능을 갖는 전압제어장치.
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