중앙대 전기회로설계실습 결과보고서4_Thevenin 등가회로 설계(보고서 1등)

문서 내 토픽

1. Thevenin 등가회로 설계

Thevenin의 정리를 이해하고 이를 이용하여 등가회로(equivalent circut)을 설계하고, 실습을 통해 이론적으로 구성한 회로와 비교했다. 본 실습에서는 총 세 가지 비교를 한다. (1)첫째는 책에 나온 브리지회로와 실제 실습에서 구성한 브리지 회로의 비교, (2)둘째는 실제 구성한 브리지 회로와 실제 구성한 Thevenin 등가회로의 비교이다. 일단 전자의 경우 같은 회로를 구성하였기 때문에 실제로 구성한 회로와 이론적인 회로의 차이를 알기 위해 비교실습을 진행해야 하고, 이는 2.1에서 진행한다. 후자의 경우 실제 회로에서 다른 조건이 대부분 같을 때 일반 브리지 회로와 Thevenin 등가회로의 차이를 알기 위해 진행하는 비교실습이다. (3)셋째는 책에 나온 브리지회로와 실제 실습에서 구성한 Thevenin 등가회로의 비교이다.
2. 브리지 회로 측정

그림 1과 같이 이 부하인 브리지회로의 Thevenin 등가회로를 이론 및 실험으로 구하고 비교하려 한다. 실습계획서 3.1에서 계산한 이론값을 본 실습의 이론값으로 하고 오차를 구하였다. 그 결과 에 걸리는 전압은 0.326V로 이론값인 0.324V와 0.617%의 오차를 보였고, 에 흐르는 전류는 0.9974mA로 이론값인 0.9818mA와 1.587%의 오차를 보이면서 이론값과 매우 흡사한 결과를 보였다.
3. Thevenin 등가회로 측정

그림 4와 같이 회로를 구성하여 실험한 결과 는 1.079kΩ으로, 계산한 이론값인 1.093kΩ과 1.28%의 오차율을 보인다. 오차의 이유는 사용하는 점퍼선의 개수가 늘어나면서 생긴 저항의 증가일 것이다. 실제로 각각의 저항 값은 차이를 조금씩 보이지만, 대부분 1%내외의 차이이기 때문에 앞선 실험에서는 실험 결과에 큰 영향을 미치지 않았지만, 전원을 제거하고 저항 측정 모드로 변경하다 보니 실험 진행 중에 저항 값이 다양한 요인에 의해 변경되는 등의 문제가 발생하여 오차가 증가했을 것으로 예상한다.
4. 브리지 회로와 Thevenin 등가회로 비교

교재에 이미 구성된 브리지회로를 이론적으로만 계산한 것이 이론값 1, 실제로 실습을 통해 구성한 브릿지회로의 소자들의 물리량을 통해 측정한 값을 이론값2로, 그 이론값을 토대로 구성한 Thevenin 등가회로를 실험값으로 삼아 비교한 결과, 이론값 1의 경우 실제로 구성한 Thevenin 등가회로의 는 1.6468%의 오차율을 보이고, 에 걸리는 전압은 0.8333%의 오차율을 보이며, 에 흐르는 전류는 1.8028%의 오차를 보인다. 이론값 2의 경우 실제로 구성한 Thevenin 등가회로와 는 0.3707%의 오차율을 보이고, 에 걸리는 전압은 0.2147%의 오차율을 보이며, 에 흐르는 전류는 0.2105%의 오차를 보인다. 이론값 1, 2 모두 오차율이 5% 이내로 실험이 잘 되었음을 알 수 있다.
5. 실험 결과 및 오차 분석

전반적으로 이론값 2의 경우가 동일한 저항 값을 가지기 때문에 오차가 더 적을 것으로 예상된 만큼 실험이 예상대로 되었다고 볼 수 있다. 오차의 이유는 대부분 저항 값이 정확하지 않기 때문이라고 생각하지만 실험에서 오차가 크지 않다. 이는 실습에서 사용된 모든 저항이 그 오차율을 줄이기 위해 같은 이론값을 갖는 저항 간의 비교를 통해 선별된 것이기 때문이다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. Thevenin 등가회로 설계

Thevenin 등가회로는 복잡한 회로를 간단한 등가회로로 변환하여 분석하는 데 유용한 기법입니다. 이를 통해 회로의 입력 전압, 출력 전압, 내부 저항 등을 쉽게 계산할 수 있습니다. Thevenin 등가회로 설계 시 회로의 특성을 잘 파악하고, 등가회로 변환 과정에서 발생할 수 있는 오차를 최소화하는 것이 중요합니다. 또한 실제 회로와 등가회로의 동작 특성이 일치하는지 확인하는 것도 필요합니다. 이를 통해 Thevenin 등가회로를 효과적으로 활용할 수 있습니다.
2. 브리지 회로 측정

브리지 회로는 저항, 커패시터, 인덕터 등 다양한 소자의 값을 정밀하게 측정할 수 있는 회로입니다. 브리지 회로 측정 시 회로의 균형 조건을 만족시키는 것이 중요하며, 이를 위해 각 소자의 값을 정확히 알고 있어야 합니다. 또한 브리지 회로의 구성 요소와 측정 방법에 따라 측정 정확도가 달라질 수 있으므로, 회로 설계와 측정 방법을 충분히 고려해야 합니다. 브리지 회로 측정 기술은 전자 회로 분석과 설계에 매우 중요한 역할을 하므로, 이에 대한 깊이 있는 이해가 필요합니다.
3. Thevenin 등가회로 측정

Thevenin 등가회로 측정은 복잡한 회로를 간단한 등가회로로 변환하여 분석하는 데 유용합니다. 이를 통해 회로의 입력 전압, 출력 전압, 내부 저항 등을 쉽게 계산할 수 있습니다. Thevenin 등가회로 측정 시 회로의 특성을 잘 파악하고, 등가회로 변환 과정에서 발생할 수 있는 오차를 최소화하는 것이 중요합니다. 또한 실제 회로와 등가회로의 동작 특성이 일치하는지 확인하는 것도 필요합니다. Thevenin 등가회로 측정 기술은 전자 회로 분석과 설계에 매우 중요한 역할을 하므로, 이에 대한 깊이 있는 이해가 필요합니다.
4. 브리지 회로와 Thevenin 등가회로 비교

브리지 회로와 Thevenin 등가회로는 모두 전자 회로 분석과 설계에 유용한 기법입니다. 브리지 회로는 저항, 커패시터, 인덕터 등 다양한 소자의 값을 정밀하게 측정할 수 있는 반면, Thevenin 등가회로는 복잡한 회로를 간단한 등가회로로 변환하여 분석할 수 있습니다. 두 기법은 서로 다른 목적과 방법을 가지고 있지만, 전자 회로 분석과 설계에 모두 중요한 역할을 합니다. 따라서 이 두 기법에 대한 깊이 있는 이해와 적절한 활용이 필요합니다.
5. 실험 결과 및 오차 분석

실험 결과 및 오차 분석은 전자 회로 분석과 설계에 있어 매우 중요한 부분입니다. 실험 결과를 통해 이론적 예측과 실제 동작 특성을 비교할 수 있으며, 오차 분석을 통해 실험 과정에서 발생할 수 있는 오차 요인을 파악할 수 있습니다. 이를 통해 실험 방법을 개선하고 측정 정확도를 높일 수 있습니다. 또한 오차 분석 결과를 바탕으로 회로 설계 시 안전 여유를 고려할 수 있습니다. 따라서 실험 결과 및 오차 분석은 전자 회로 분석과 설계에 있어 필수적인 과정이라고 할 수 있습니다.