본문내용
1. 휘트스톤 Pspice 회로
1.1. 설계 결과 및 저항 선택
최소 1개의 1kΩ, 2.2kΩ, 5.1kΩ, 10kΩ 저항과 2kΩ의 가변저항을 사용하여 임의의 저항을 측정할 수 있는 휘트스톤 브리지 회로를 설계하였다. 측정 가능한 저항의 범위를 최대로 하기 위해 R1은 2.2kΩ, R2는 10kΩ으로 선택하였다. 이는 R2/R1 비율을 크게 하면 Rx의 측정 범위가 넓어지기 때문이다. 다만 가변저항의 최대값이 2kΩ이므로, 실제로 측정할 수 있는 최대저항값은 2kΩ으로 제한된다. 따라서 검류계의 오차를 줄이기 위해 R1을 2.2kΩ, R2를 10kΩ으로 조정하였고, R4는 1kΩ으로 선택하여 검류계가 민감하게 반응하도록 하였다. 이를 통해 다양한 범위의 미지 저항을 정확하게 측정할 수 있는 휘트스톤 브리지 회로를 설계하였다.
1.2. 측정 가능한 저항 범위 계산
브리지 회로를 이용하여 미지의 저항을 측정하기 위해서는 측정 가능한 저항 범위를 확인하는 것이 중요하다. 브리지 회로에서 R1과 R2의 비율에 따라 측정 가능한 저항 범위가 달라지므로, 적절한 R1과 R2를 선택하여 최대 측정 범위를 확보할 수 있다.
브리지 회로에서 노드 C와 D의 전위가 같아지는 평형 상태일 때, 미지의 저항 Rx는 다음과 같은 식으로 계산된다:
Rx = (R2/R1) * R3
여기서 R3는 가변저항이다. R2/R1의 비율이 클수록 Rx의 측정 범위가 더 넓어진다. 따라서 최대 측정 범위를 확보하려면 R1을 작게, R2를 크게 설정하는 것이 좋다.
하지만 가변저항 R3의 최대값이 2kΩ으로 제한되어 있어, R1=1kΩ, R2=10kΩ으로 설정하더라도 실제 측정 가능한 최대 저항값은 2kΩ에 불과하다. 이를 보완하기 위해 R1을 2.2kΩ, R2를 10kΩ으로 설정하면 검류계의 오차를 줄일 수 있다. 또한 R4를 1kΩ으로 설정하면 검류계가 더 민감하게 반응하여 오차를 줄일 수 있다.
이와 같은 방식으로 브리지 회로의 R1, R2, R4를 적절히 선택함으로써 측정 가능한 저항 범위를 최대화할 수 있다. 실험 결과, 이 회로로 약 1kΩ 범위의 저항을 정확하게 측정할 수 있음을 확인하였다.
1.3. 실험 결과 분석
설계한 휘트스톤 Pspice 회로에서 측정 가능한 저항 범위는 정격치와 매우 유사한 값으로 측정되었다. 주어진 1kΩ, 2.2kΩ, 5.1kΩ, 10kΩ 저항을 적절히 조합하여 회로를 구성하였으며, 2kΩ 가변저항을 이용해 측정을 수행하였다.
실험을 통해 측정한 저항 값은 정격치와 약 3.7%의 오차를 보였는데, 이는 저항의 허용오차 범위인 5% 이내에 해당하므로 회로가 미지의 저항을 잘 측정하였음을 알 수 있다. 오차의 원인으로는 저항의 정격 오차, 측정 장비의 한계 등이 있는 것으로 보인다.
테브난 등가회로 실험에서는 본래 회로와 테브난 등가회로에서의 측정값과 이론값이 매우 유사하게 나타났다. 전압원의 크기와 등가저항 값이 이론적인 계산 결과와 실험에서 측정한 값이 거의 일치하였다. 이를 통해 테브난 정리가 성립함을 확인할 수 있었다.
노턴 정리에 따른 실험 결과 또한 이론값과 유사한 측정값을 보였다. 본래 회로와 노턴 등가회로에서의 전류와 등가저항의 측정치가 잘 일치하였으며,...
1
2
3
4
5
6
7