울산대학교 전기전자실험 13. 저역통과 및 고역통과 필터 회로

문서 내 토픽

1. 저역통과 필터

실험에서 저역통과 필터 회로를 구성하고 주파수에 따른 출력전압과 위상을 측정하였다. 이론으로 구한 차단 주파수 15.92kHz와 실험으로 측정한 차단 주파수 15.84kHz가 74Hz 차이가 났는데, 이는 저항과 커패시터의 오차로 인해 발생한 것으로 보인다. 주파수가 증가할수록 출력전압이 감소하고 위상이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
2. 고역통과 필터

실험에서 고역통과 필터 회로를 구성하고 주파수에 따른 출력전압과 위상을 측정하였다. 이론으로 구한 차단 주파수 7.96kHz와 실험으로 측정한 차단 주파수 7.87kHz가 86Hz 차이가 났는데, 이 역시 저항과 커패시터의 오차로 인해 발생한 것으로 보인다. 주파수가 증가할수록 출력전압이 증가하고 위상이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
3. 주파수 응답 특성

실험을 통해 구한 측정값으로 bode plot을 그려본 결과, 이론으로 공부한 이상적인 필터의 모양과 유사한 그림을 구할 수 있었다. 주파수 범위가 매우 크기 때문에 log를 사용해 표현하는 것이 적절한 것으로 나타났다.
4. 필터 설계

LPF와 HPF를 연결하면 특정 주파수 영역만 통과시킬 수 있다. 급격한 차단 효과를 얻기 위해서는 1차 필터에서 2차 필터로 구성하면 되지만, 이 경우 위상 변화가 0~-180°로 더 크게 나타나는 문제가 발생한다.
5. 저항 및 커패시터 값의 영향

저항과 커패시터의 값이 변화하면 LPF와 HPF의 주파수 응답 특성이 달라진다. C값이 작아지면 LPF의 출력전압이 커지고 HPF의 출력전압이 작아지며, 반대로 C값이 커지면 LPF의 출력전압이 작아지고 HPF의 출력전압이 커진다. 이에 따라 반전력 주파수도 변화하게 된다.

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1. 저역통과 필터

저역통과 필터는 주파수 스펙트럼에서 낮은 주파수 성분만을 통과시키는 필터입니다. 이는 고주파 노이즈를 제거하여 신호의 품질을 향상시키는 데 사용됩니다. 저역통과 필터는 아날로그 및 디지털 회로에서 널리 사용되며, 오디오, 비디오, 통신 시스템 등 다양한 분야에 적용됩니다. 필터의 차단 주파수와 감쇠 특성은 설계 시 고려해야 할 중요한 요소입니다. 적절한 저역통과 필터 설계를 통해 원하는 신호를 효과적으로 추출할 수 있습니다.
2. 고역통과 필터

고역통과 필터는 주파수 스펙트럼에서 높은 주파수 성분만을 통과시키는 필터입니다. 이는 저주파 노이즈를 제거하여 신호의 품질을 향상시키는 데 사용됩니다. 고역통과 필터는 아날로그 및 디지털 회로에서 널리 사용되며, 오디오, 비디오, 통신 시스템 등 다양한 분야에 적용됩니다. 필터의 차단 주파수와 감쇠 특성은 설계 시 고려해야 할 중요한 요소입니다. 적절한 고역통과 필터 설계를 통해 원하는 신호를 효과적으로 추출할 수 있습니다.
3. 주파수 응답 특성

주파수 응답 특성은 필터의 성능을 평가하는 중요한 지표입니다. 주파수 응답 특성은 입력 신호의 주파수에 따른 출력 신호의 크기와 위상 변화를 나타냅니다. 저역통과 필터와 고역통과 필터의 주파수 응답 특성은 서로 다르며, 이를 통해 필터의 동작 원리와 성능을 이해할 수 있습니다. 주파수 응답 특성 분석은 필터 설계 및 최적화에 필수적이며, 회로 시뮬레이션과 실험을 통해 확인할 수 있습니다.
4. 필터 설계

필터 설계는 원하는 주파수 특성을 구현하기 위한 중요한 과정입니다. 필터 설계 시 고려해야 할 요소로는 차단 주파수, 감쇠 특성, 위상 특성, 안정성 등이 있습니다. 다양한 필터 설계 방법론이 존재하며, 각각의 장단점이 있습니다. 예를 들어 버터워스 필터는 평탄한 주파수 응답 특성을 가지며, 체비셰프 필터는 더 급격한 차단 특성을 가집니다. 필터 설계 시 응용 분야와 요구 사항에 따라 적절한 방법을 선택해야 합니다.
5. 저항 및 커패시터 값의 영향

필터 회로에서 저항과 커패시터의 값은 주파수 응답 특성에 큰 영향을 미칩니다. 저항 값의 변화는 필터의 차단 주파수와 감쇠 특성을 변화시키며, 커패시터 값의 변화는 차단 주파수와 위상 특성에 영향을 줍니다. 따라서 필터 설계 시 저항과 커패시터의 정확한 선정이 중요합니다. 또한 실제 회로에서는 부품의 공차로 인해 저항과 커패시터 값이 변동될 수 있으므로, 이를 고려한 설계가 필요합니다. 필터 성능을 최적화하기 위해서는 저항과 커패시터 값의 영향을 충분히 이해하고 설계에 반영해야 합니다.