본문내용
1. 실험개요
1.1. 저항계를 이용한 소자 측정
실험 결과, 저항계를 사용하여 RL1과 RL2의 저항값을 측정한 결과, 표시 값과 큰 차이가 없는 것으로 확인되었다. 하지만 커패시터와 인덕터의 경우 측정할 수 있는 장비가 마땅치 않아 이들 소자의 값은 측정하지 못하였다. 결과적으로 RL1과 RL2의 저항값만 확인할 수 있었다.
일반적으로 저항계를 사용하면 저항 값을 정확히 측정할 수 있다. 반면 인덕터와 커패시터의 경우 저항계로는 정확한 측정이 어렵다. 인덕터와 커패시터는 주파수에 따라 임피던스가 변하는 성질을 가지고 있기 때문이다. 따라서 보다 정밀한 측정을 위해서는 임피던스 분석기와 같은 장비를 사용해야 한다.
이번 실험에서는 RL1과 RL2의 저항값만 측정할 수 있었지만, 추후에는 커패시터와 인덕터의 특성을 파악하기 위한 별도의 측정 실험이 필요할 것으로 보인다.
1.2. 필터 회로의 특성 및 응답 비교
필터 회로는 특정 주파수에서 임의의 범위의 주파수를 선택할 필요가 있는 경우 사용되는 회로이다. 필터 회로는 크게 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 대역 통과 필터, 대역 차단 필터로 구분할 수 있다.
저역 통과 필터는 낮은 주파수는 통과시키고 높은 주파수는 차단시키는 회로이다. 실험 결과 저역 통과 필터에서는 주파수가 500 Hz에서 1000 Hz로 증가할수록 출력값이 5.28 V에서 4.72 V로 감소하는 것이 관찰되었다. 이는 높은 주파수일 경우 병렬로 연결된 커패시터에 의해 출력이 줄어드는 저역 통과 필터의 특성을 보여준다.
고역 통과 필터는 높은 주파수는 통과시키고 낮은 주파수는 차단시키는 회로이다. 실험 결과 고역 통과 필터에서는 주파수가 500 Hz에서 8000 Hz로 증가할수록 출력값이 189.2 mV에서 6.16 V로 증가하는 것이 관찰되었다. 이는 저역 통과 필터와 반대로 직렬로 연결된 커패시터에 의해 DC성분이 강할수록 출력이 떨어지고 AC성분이 강할수록 연결되는 고역 통과 필터의 특성을 보여준다.
대역 통과 필터는 특정 주파수 대역만을 통과시키는 필터이다. 실험 결과 대역 통과 필터에서는 300 Hz에서 1500 Hz 사이에서 출력값이 증가하다가 1500 Hz 이상에서 감소하는 것이 관찰되었다. 이는 회로 모형에서 알 수 있듯이 왼쪽은 저역 필터, 오른쪽은 고역 필터의 회로를 반반 붙여놓은 것과 같아 특정 주파수 대역만을 통과시키는 대역 통과 필터의 특성을 보여준다.
이처럼 실험을 통해 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 대역 통과 필터의 주파수 응답 특성을 확인할 수 있었다. 각 필터 회로는 서로 다른 주파수 대역을 선택적으로 통과시키는 특성을 가지고 있어, 필요에 따라 적절한 필터 회로를 선택하여 사용할 수 있다.
2. 필터 회로의 종류와 특성
2.1. 저역 통과 필터
저역 통과 필터는 높은 주파수는 차단시키고 낮은 주파수만을 통과시키는 회로이다. 저역 통과 필터는 주파수가 높아질수록 출력이 감소하는 특성을 보인다.
저역 통과 필터에서 높은 주파수가 차단되는 이유는 병렬로 연결된 커패시터 때문이다. 커패시터는 저주파수에서는 높은 임피던스를 가지지만, 고주파수로 갈수록 임피던스가 낮아져 신호의 대부분이 커패시터로 흐르게 된다. 따라서 고주파수 성분은 출력에 도달하지 못하고 차단된다.
실험 결과에 따르면, 저역 통과 필터에서 주파수가 500 Hz일 때는 출력이 5.28 V였지만, 주파수가 1000 Hz로 증가하면 출력이 4.72 V로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 주파수가 높아질수록 커패시터의 임피던스가 낮아져 고주파수 성분이 차단되기 때문이다.
따라서 저역 통과 필터는 낮은 주파수 신호는 잘 통과시키지만, 높은 주파수 신호는 효과적으로 제거할 수 있는 회로라고 할 수 있다.
2.2. 고역 통과 필터
고역 통과 필터는 높은 주파수는 통과시키고 낮은 주파수는 차단시키는 필터 회로이다. 고역 통과 필터에서는 저역 통과 필터와 반대로 직렬로 연결된 커패시터에 의해 DC성분이 강할수록 떨어져 있는 것으로 간주되며 AC성분이 강할수록 연결되어 있는 효과를 내어 높은 주파수 일수록 출력값은 입력값에 가깝게 나온다.
실험 결과 500 Hz에서 189.2 mV이고 1000 Hz에서 688.61 mV, 1500 Hz에서 1.6 V이렇게 주파수가 올라갈수록 VRL2 값도 높아지면서 결국 입력값과 출력값이 비슷하게 되지만 8000 Hz에서 VRL2 값이 6.16 V가 측정되었다. 이론적으로는 8000 Hz에서 VRL2는 6 V를 넘기면 안되지만 오차가 발생한 원인을 생각해보면 실험장비와 전선의 내부저항 등이 약간의 오차를 발생시켜 오차가 나온 것 같다. 장치들의 정밀도 면에서도 상당한 오차가 있는 듯 했다.
즉, 고역 통과 필터에서는 높은 주파수일수록 출력값이 커지지만 실험에서는 8000 Hz에서 이론과 다른 결과가 측정되었다. 이는 실험 장비와 회로의 오차에 의한 것으로 판단된다.
2.3. 대역 통과 필터
대역 통과 필터는 특정 주파수 대역만을 통과시키고 그 외의 주파수 대역은 차단시키는 필터이다. 대역 통과 필터는 고역 통과 필터와 저역 통과 필...
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