경북대학교 기초전기전자실험 Active Filter 실험보고서

문서 내 토픽

1. 필터(Filter)

필터는 신호 처리에서 특정한 신호에서 원하지 않는 신호를 차단하거나 원하는 신호만 통과시키는 기능을 하는 장치나 그러한 과정을 의미한다. 필터는 수동필터와 능동필터로 구분되며, 선형성 여부에 따라 LPF, HPF, BPF, BSP 등으로 구분된다.
2. 수동필터(Passive filter)

수동필터는 저항, 인덕터, 커패시터로만 구성된 필터를 말하며, 수동소자의 사용에 따라 RC필터와 LC필터로 나눌 수 있다. 수동필터는 출력의 진폭을 감소시키며, 주로 고주파용으로 사용된다.
3. 능동필터(Active filter)

능동필터는 능동소자와 커패시터, 저항에 의해 구성된 필터를 말하며, 주로 OP-AMP를 사용하여 저주파 영역에서 널리 사용된다. 능동필터는 높은 전압이득, 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스 등의 장점이 있다.
4. 저역통과필터(LPF)

저역통과필터(LPF)는 특정한 차단주파수 이상 주파수의 신호를 감쇠시켜 차단 주파수 이하의 주파수 신호만 통과시키는 필터이다. 대표적인 1차 LPF는 RC 필터이며, 2차 LPF는 VCVS 회로로 구성된다.
5. 고역통과필터(HPF)

고역통과필터(HPF)는 특정한 차단주파수 이하 주파수의 신호를 감쇠시켜 차단 주파수 이상의 주파수 신호만 통과시키는 필터이다. VCVS 고역통과필터는 동치소자 VCVS 저역통과필터에서 저항과 콘덴서의 위치를 바꾼 형태의 회로이다.
6. 차단주파수(Cutoff frequency)

차단주파수는 필터 설계 시 -3dB가 되는 지점을 의미하며, 신호가 통과하는 주파수 대역과 통과하지 못하는 주파수대역의 경계점이다. 실제 필터에서는 로그 스케일 그래프에서 세로축이 dB일 때 -3dB 점을 기준으로 차단주파수를 결정한다.
7. 연산증폭기(OP-AMP)

연산증폭기(OP-AMP)는 두 개의 차동 입력과 한 개의 단일 출력을 가지는 직류 연결형 고이득 전압 증폭기이다. 연산증폭기는 다양한 전자 회로에서 중요한 구성 요소로 사용되며, 회로 설계에서 인기가 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 필터(Filter)

필터는 전기 회로에서 원하지 않는 주파수 성분을 제거하거나 선택적으로 통과시키는 중요한 역할을 합니다. 필터는 전자 회로에서 신호 처리, 음향 시스템, 통신 시스템 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 필터의 종류와 특성에 따라 다양한 응용 분야가 있으며, 이를 이해하고 적절히 활용하는 것이 중요합니다. 필터 설계 시 주파수 특성, 감쇠 특성, 위상 특성 등을 고려해야 하며, 이를 통해 원하는 신호를 효과적으로 처리할 수 있습니다.
2. 수동필터(Passive filter)

수동 필터는 저항, 커패시터, 인덕터와 같은 수동 소자로 구성되어 있습니다. 수동 필터는 회로가 단순하고 구현이 쉬우며, 전력 소모가 적다는 장점이 있습니다. 하지만 필터 특성이 고정되어 있어 능동 필터에 비해 유연성이 떨어지는 단점이 있습니다. 수동 필터는 저역통과 필터, 고역통과 필터, 대역통과 필터, 대역 저지 필터 등 다양한 종류가 있으며, 각각의 특성에 따라 적절한 용도로 사용됩니다. 수동 필터는 간단한 구조로 인해 아날로그 회로 설계에서 널리 사용되고 있습니다.
3. 능동필터(Active filter)

능동 필터는 연산 증폭기와 같은 능동 소자를 사용하여 구현됩니다. 능동 필터는 수동 필터에 비해 회로가 복잡하지만, 필터 특성을 능동적으로 조절할 수 있다는 장점이 있습니다. 능동 필터는 필터 특성을 쉽게 변경할 수 있어 다양한 응용 분야에 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 음향 시스템에서 음질 개선을 위해 능동 필터를 사용할 수 있습니다. 또한 능동 필터는 수동 필터에 비해 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 가지므로, 회로 간 정합 문제를 해결할 수 있습니다. 이처럼 능동 필터는 수동 필터에 비해 더 유연하고 강력한 필터 특성을 제공합니다.
4. 저역통과필터(LPF)

저역통과 필터(LPF)는 특정 주파수 이하의 신호만 통과시키고 그 이상의 주파수 신호는 차단하는 필터입니다. LPF는 전자 회로에서 다양한 용도로 사용됩니다. 예를 들어, 오디오 시스템에서 고주파 잡음을 제거하거나, 디지털 통신 시스템에서 고주파 성분을 제거하여 신호 왜곡을 줄이는 데 사용됩니다. LPF의 차단 주파수는 회로 설계에 따라 다양하게 설정할 수 있으며, 이를 통해 원하는 주파수 대역의 신호만 선택적으로 통과시킬 수 있습니다. LPF는 수동 필터와 능동 필터로 구현할 수 있으며, 각각의 장단점이 있어 응용 분야에 따라 적절히 선택해야 합니다.
5. 고역통과필터(HPF)

고역통과 필터(HPF)는 특정 주파수 이상의 신호만 통과시키고 그 이하의 주파수 신호는 차단하는 필터입니다. HPF는 저주파 성분을 제거하여 고주파 신호를 선택적으로 통과시키는 데 사용됩니다. 예를 들어, 오디오 시스템에서 스피커의 저주파 진동을 억제하거나, 통신 시스템에서 직류 성분을 제거하는 데 사용됩니다. HPF의 차단 주파수는 회로 설계에 따라 다양하게 설정할 수 있으며, 이를 통해 원하는 주파수 대역의 신호만 선택적으로 통과시킬 수 있습니다. HPF는 수동 필터와 능동 필터로 구현할 수 있으며, 각각의 장단점이 있어 응용 분야에 따라 적절히 선택해야 합니다.
6. 차단주파수(Cutoff frequency)

차단 주파수(Cutoff frequency)는 필터의 주파수 특성에서 중요한 개념입니다. 차단 주파수는 필터가 신호를 통과시키거나 차단하는 경계 주파수를 의미합니다. 저역통과 필터(LPF)의 경우 차단 주파수 이하의 주파수 신호는 통과시키고, 그 이상의 주파수 신호는 차단합니다. 고역통과 필터(HPF)의 경우 차단 주파수 이상의 주파수 신호는 통과시키고, 그 이하의 주파수 신호는 차단합니다. 차단 주파수는 필터 설계 시 중요한 요소이며, 이를 적절히 설정하여 원하는 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시킬 수 있습니다. 차단 주파수는 회로 설계에 따라 다양하게 설정할 수 있으며, 이를 통해 필터의 특성을 최적화할 수 있습니다.
7. 연산증폭기(OP-AMP)

연산 증폭기(OP-AMP)는 전자 회로에서 매우 중요한 능동 소자입니다. OP-AMP는 입력 신호를 증폭하고 처리하는 데 사용되며, 다양한 회로 구성을 통해 다양한 기능을 수행할 수 있습니다. OP-AMP는 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스, 높은 이득 등의 특성을 가지고 있어 회로 설계에 매우 유용합니다. 특히 OP-AMP는 능동 필터 회로에서 핵심적인 역할을 하며, 필터의 특성을 능동적으로 조절할 수 있게 해줍니다. 또한 OP-AMP는 연산 증폭기, 비교기, 적분기, 미분기 등 다양한 회로 구성에 활용되어 전자 회로 설계에 필수적인 소자입니다. 따라서 OP-AMP의 특성과 응용 분야를 이해하는 것이 중요합니다.