중앙대 전기회로설계실습 결과보고서11

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1. RLC 직렬 bandpass filter(Q=1)

RLC 직렬 bandpass filter(Q=1)를 구성하기 위해 가변 저항 값을 1kΩ에 가까이 조정하고 저항과 인덕터의 저항 성분을 측정하였을 때 각각 1.04kΩ, 29.36Ω이 나왔다. R에 걸리는 출력 전압의 크기를 측정하여 공진 주파수, 반전력 주파수와 그 차이, 대역폭, Q-factor의 값을 구하였을 때의 이론값과 실험값을 비교했다. 실험 값이 모두 이론 값과 거의 유사함을 확인할 수 있었다. 와이어 선의 내부 저항과 가변저항을 정확히 특정 값으로 맞추기 상당히 어려운 점, 인덕터와 커패시터 값의 차이가 오차를 만들어 냈을 것으로 예측된다. 따라서 저항이 최대한 적은 와이어 선을 사용하고, 조절이 간편한 가변저항을 쓰며, 더욱 정확한 값의 인덕터와 커패시터를 사용하면 오차를 줄일 수 있을 것이다.
2. RLC 직렬 bandpass filter(Q=10)

다음으로 50Ω 두 개를 직렬로 연결하여 RLC 직렬 bandpass filter(Q=10)를 구성하고 R에 걸리는 출력 전압의 크기를 측정하며 공진 주파수, 반전력 주파수와 그 차이, 대역폭, Q-factor의 값을 구하였다. 앞서 언급한 인덕터와 커패시터의 소자 값, 가변저항값, 와이어의 내부저항 등으로 오차가 만들어졌음 예측할 수 있으며 위와 같은 방법으로 오차를 줄일 수 있을 것이다. 또한 Q가 1일 때보다 10일 때 더욱 오차가 컸다. 이것은 Q 값이 크면 필터의 Transient Band (통과 대역과 차단 대역 사이)가 예리해져 부품에 대한 민감도가 크기 때문에, 차단 주파수 부근에서 Overshooting(원하는 값보다 잠시 뛰어 오르는 정도)가 심해진 것으로 예측할 수 있었다.
3. RLC 병렬 bandpass filter(Q=1)

RLC 병렬 bandpass filter(Q=1)를 구성하기 위해 가변 저항 값을 1kΩ에 가까이 조정하고 저항과 인덕터의 저항 성분을 측정하였을 때 각각 1.04kΩ, 29.36Ω이 나왔다. R에 걸리는 출력 전압의 크기를 측정하며 공진 주파수, 반전력 주파수와 그 차이, 대역폭, Q-factor의 값을 구하였을 때 실험값과 이론값이 거의 일치함을 확인할 수 있었다.
4. RLC 병렬 bandpass filter(Q=10)

RLC 병렬 bandpass filter(Q=10)를 구성하고 R에 걸리는 출력 전압의 크기를 측정하며 공진 주파수, 반전력 주파수와 그 차이, 대역폭, Q-factor의 값을 구하였다. 역시 Q가 1일때보다 더 큰 오차가 발생하였으며 이 역시 필터의 Transient Band가 예리해져 부품의 민감도가 커져 Overshooting의 정도가 심해졌기 때문으로 예측할 수 있었다.
5. 실험 결과 분석

이 실험을 통해 RLC 공진 회로를 이용한 Bandpass, Bandstop filter를 설계, 제작하는 방법을 배울 수 있었다. 설계 실습 계획서를 잘 작성한 덕분에 설계 실습을 수월하게 진행할 수 있었으며 평균적으로 오차율이 작아 만족스러운 설계 실습이었다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. RLC 직렬 bandpass filter(Q=1)

RLC 직렬 bandpass filter(Q=1)는 비교적 낮은 Q값으로 인해 대역폭이 넓고 선택성이 낮습니다. 이는 주파수 선택성이 중요하지 않은 경우에 유용할 수 있습니다. 예를 들어 음성 신호 처리와 같이 넓은 대역폭이 필요한 경우에 적합할 것입니다. 하지만 높은 Q값이 필요한 고주파 통신 시스템이나 정밀한 계측 장비에는 적합하지 않습니다. 따라서 이 필터는 대역폭 요구사항이 크지 않고 선택성이 중요하지 않은 저주파 응용 분야에 적합할 것으로 판단됩니다.
2. RLC 직렬 bandpass filter(Q=10)

RLC 직렬 bandpass filter(Q=10)는 Q값이 높아 대역폭이 좁고 선택성이 높습니다. 이는 주파수 선택성이 중요한 경우에 유용할 수 있습니다. 예를 들어 고주파 통신 시스템이나 정밀한 계측 장비에 적합할 것입니다. 하지만 넓은 대역폭이 필요한 경우에는 적합하지 않습니다. 따라서 이 필터는 대역폭 요구사항이 작고 선택성이 중요한 고주파 응용 분야에 적합할 것으로 판단됩니다.
3. RLC 병렬 bandpass filter(Q=1)

RLC 병렬 bandpass filter(Q=1)는 비교적 낮은 Q값으로 인해 대역폭이 넓고 선택성이 낮습니다. 이는 주파수 선택성이 중요하지 않은 경우에 유용할 수 있습니다. 예를 들어 음성 신호 처리와 같이 넓은 대역폭이 필요한 경우에 적합할 것입니다. 하지만 높은 Q값이 필요한 고주파 통신 시스템이나 정밀한 계측 장비에는 적합하지 않습니다. 따라서 이 필터는 대역폭 요구사항이 크지 않고 선택성이 중요하지 않은 저주파 응용 분야에 적합할 것으로 판단됩니다.
4. RLC 병렬 bandpass filter(Q=10)

RLC 병렬 bandpass filter(Q=10)는 Q값이 높아 대역폭이 좁고 선택성이 높습니다. 이는 주파수 선택성이 중요한 경우에 유용할 수 있습니다. 예를 들어 고주파 통신 시스템이나 정밀한 계측 장비에 적합할 것입니다. 하지만 넓은 대역폭이 필요한 경우에는 적합하지 않습니다. 따라서 이 필터는 대역폭 요구사항이 작고 선택성이 중요한 고주파 응용 분야에 적합할 것으로 판단됩니다.
5. 실험 결과 분석

실험 결과를 종합해 보면, RLC 직렬 및 병렬 bandpass filter의 Q값에 따라 대역폭과 선택성이 달라짐을 알 수 있습니다. Q값이 낮은 경우(Q=1) 대역폭이 넓고 선택성이 낮으며, Q값이 높은 경우(Q=10) 대역폭이 좁고 선택성이 높습니다. 따라서 응용 분야에 따라 적절한 Q값을 선택해야 할 것입니다. 예를 들어 음성 신호 처리와 같이 넓은 대역폭이 필요한 경우에는 Q=1이 적합하고, 고주파 통신 시스템이나 정밀한 계측 장비와 같이 선택성이 중요한 경우에는 Q=10이 적합할 것입니다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 RLC 필터의 설계 및 응용 분야 선정에 활용할 수 있을 것으로 판단됩니다.

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