본문내용
1. 전기회로설계실습 개요
1.1. 실습 목적
Digital Multimeter를 이용한 저항(2-wire 측정법, 4-wire 측정법), 전압, 전류의 측정방법을 익히고 DC Power Supply의 사용법을 익히는 것이 이 실습의 목적이다. 측정회로를 설계하고 실습을 통하여 이를 확인하는 것이다.
1.2. 실습 준비물
실습 준비물은 다음과 같다"
Function generator: 1 대
DC Power Supply(Regulated DC Power supply(Max 20 V 이상): 1대
Digital Oscilloscope(Probe 2 개 포함): 1 대
Digital Multimeter(이하 DMM, 220V 교류전원 사용): 1 대
40 cm 연결선: 빨간 선 4개, 검은 선 4개 (한쪽은 계측기에 꼽을 수 있는 잭, 다른 쪽은 집게)
Breadboard(빵판): 1 개
점퍼와이어 키트: 1 개
6 V 건전지 1 개
리드저항 (10 kΩ, 1/4 W, 5 %): 30 개
리드저항: (51 Ω, 5 kΩ) 1/4 W, 5 % 각각 2 개
가변저항 (20 kΩ, 2 W): 2 개
2. 고정저항 측정
2.1. DMM을 이용한 저항 측정
DMM을 이용한 저항 측정은 전기회로설계실습에서 중요한 부분이다. DMM은 저항값을 측정하기 위해 내부에 고정전원을 가지고 있으며, 측정대상 저항에 흐르는 전류를 통해 저항값을 계산하여 표시한다. DMM을 사용하여 저항을 측정할 때는 먼저 측정 단위를 맞추어야 하며, 저항이 회로에 연결되어 있는 경우 반드시 회로에서 분리하여 측정해야 한다. 이는 다른 경로로 전류가 흘러 정확한 측정이 어려워지기 때문이다.
DMM으로 저항을 측정할 때에는 빨간색 연결선을 "HI" 단자에, 검은색 연결선을 "LO" 단자에 연결한다. 이후 측정값이 화면에 표시되며, 유효숫자 세 자리까지 기록하도록 한다. 30개의 10kΩ 저항을 각각 측정한 결과의 평균값은 10kΩ이 될 것으로 예상된다. 또한 이 저항들의 오차 분포를 정규분포 형태로 나타낼 수 있으며, 오차가 클수록 저항의 수가 줄어드는 양상을 보일 것이다.
이 측정 결과를 바탕으로 표준편차를 계산할 수 있다. 표준편차는 자료가 평균을 중심으로 얼마나 퍼져있는지를 나타내는 수치로, 다음의 수식을 이용하여 계산한다:
S = √[(Σ(xi - x̄)^2) / (n-1)]
여기서 xi는 각 저항값, x̄는 평균값, n은 표본 개수를 의미한다. 표준편차의 단위는 저항의 단위인 옴(Ω)이 된다.
이러한 통계적 분석을 통해 저항 측정의 오차 범위와 신뢰성을 파악할 수 있다. 나아가 식스시그마 기법을 도입하면 제품의 불량률을 최소화할 수 있다. 식스시그마는 100만 개의 제품 중 불량품이 3~4개 수준으로, 거의 완벽에 가까운 품질 수준을 추구하는 혁신 운동이다.
2.2. 측정 결과의 통계적 분석
2.2.1. 평균값 및 오차 분포
저항의 측정 결과를 분석할 때 평균값과 오차 분포를 고려하는 것이 중요하다. 평균값은 여러 개의 저항값을 합하여 그 수로 나눈 값으로, 전체적인 경향을 나타내는 대표값이다. 이때 실험에서 사용한 30개의 10kΩ, 1/4W, 5% 저항들의 평균값은 10kΩ일 것으로 예상된다.
오차 분포는 평균값을 중심으로 한 측정값들의 분포를 나타낸다. 저항의 경우 허용오차가 5%이므로 실제 측정값은 9.5kΩ에서 10.5kΩ 사이에 분포할 것이다. 이를 오차 0을 기준으로 정규분포 모양의 그래프로 도시하면 평균값을 중심으로 대칭적인 분포를 보일 것이다. 오차가 작은 저항들이 많고 오차가 큰 저항들이 적은 형태로 나타날 것이다.
이처럼 평균값과 오차 분포를 분석하면 측정 결과의 전반적인 경향을 파악할 수 있으며, 허용오차 범위 내에 드는 저항의 개수를 한눈에 알 수 있다. 이를 통해 실험 결과의 신뢰...
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