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서울대학교 전자학 및 계측론 (현 중급물리실험 2) BNC 광속 측정 보고서 (A+)

"서울대학교 전자학 및 계측론 (현 중급물리실험 2) BNC 광속 측정 보고서 (A+)"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2023.11.17 최종저작일 2017.04
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서울대학교 전자학 및 계측론 (현 중급물리실험 2) BNC 광속 측정 보고서 (A+)
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    소개

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    목차

    1. Introduction
    2. Methods
    3. Results
    4. Conclusion

    References

    본문내용

    Though simple in concept, circuits comprising of passive components show various useful characteristics. For example, an impedance of a capacitor decreases as frequency increases, whilst that of an inductor increases. Thus, different connecting configurations give different outcomes. In order to construct further advanced circuits there needs a comprehension on basic circuits. In the following series of experiments, we observed well known circuits such as RC high pass and low pass filters, bandpass filters, notch filters and series RLC circuit. Also, as optional assignments, we further examined features regarding measurement tools; the frequency dependence of carbon resistors and the speed of signal traveling through a BNC cable.

    A. RC High Pass Filter and Low Pass Filter
    RC circuit can act as a high or a low pass filter. When a resistor is connected with a capacitor in series, voltage across the resistor attenuates at frequencies lower than the 3dB cutoff frequency of 1/2πRC.

    참고자료

    · J. Walker, R. Resnick, and D. Halliday, Halliday & Resnick Fundamentals of Physics, 10th ed. (Wiley, Hoboken, NJ, 2014).
    · P. Horowitz and W. Hill, The Art of Electronics, 3rd ed. (Cambridge university press, Cambridge, 2017).
    · 3342.202: Electronics and Measurement Techniques for Science and Engineering Students, Lab Module One 실험(1주차)_수동소자, Retrieved from https://etl.snu.ac.kr/ (2018)
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    • 1. RC 필터 회로
      RC 필터 회로는 전자공학에서 가장 기본적이면서도 실용적인 회로입니다. 저주파 통과 필터와 고주파 통과 필터로 구분되며, 각각의 차단 주파수는 fc = 1/(2πRC)로 결정됩니다. 이러한 필터는 신호 처리, 노이즈 제거, 신호 조건화 등 다양한 응용 분야에서 필수적입니다. 특히 간단한 구조로 효과적인 주파수 선택성을 제공하므로, 아날로그 회로 설계의 기초가 됩니다. 다만 급격한 차단 특성이 필요한 경우에는 고차 필터가 필요하다는 한계가 있습니다.
    • 2. RLC 대역통과 및 노치 필터
      RLC 회로를 이용한 대역통과 필터와 노치 필터는 특정 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시키거나 제거하는 데 매우 효과적입니다. 공명 주파수 f₀ = 1/(2π√LC)에서의 특성은 품질계수 Q에 의해 결정되며, Q값이 높을수록 더 선택적인 필터 특성을 보입니다. 이러한 필터는 통신 시스템, 의료 기기, 음향 장비 등에서 광범위하게 활용됩니다. 특히 노치 필터는 60Hz 전원 간섭 제거 등 실무에서 매우 유용하게 사용됩니다.
    • 3. 직렬 RLC 회로의 공명 특성
      직렬 RLC 회로의 공명 현상은 전자공학에서 가장 중요한 개념 중 하나입니다. 공명 주파수에서 임피던스가 최소값 R이 되고, 전류가 최대값에 도달합니다. 이때 유도 리액턴스와 용량 리액턴스가 상쇄되어 회로는 순저항 특성을 나타냅니다. 품질계수 Q = ωL/R = 1/(ωRC)는 공명의 예리함을 나타내는 중요한 지표입니다. 이러한 공명 특성은 무선 통신, 임피던스 매칭, 에너지 전달 등 다양한 응용에서 핵심적인 역할을 합니다.
    • 4. 탄소 저항의 주파수 의존성
      탄소 저항은 이상적인 순저항으로 간주되지만, 실제로는 주파수가 증가함에 따라 기생 인덕턴스와 용량이 나타나 임피던스 특성이 변합니다. 특히 고주파 대역에서는 이러한 기생 성분의 영향이 무시할 수 없게 됩니다. 저항의 구조, 재료, 제조 공정에 따라 주파수 의존성이 달라지며, 정밀한 고주파 회로 설계에서는 이를 고려해야 합니다. 따라서 고주파 응용에서는 저항의 주파수 특성 데이터시트를 참고하여 적절한 소자를 선택하는 것이 중요합니다.
    • 5. BNC 케이블을 통한 신호 속도 측정
      BNC 케이블은 동축 케이블의 일종으로, 신호 전파 속도는 케이블의 유전율에 의해 결정되며 일반적으로 광속의 66% 정도입니다. 신호 속도 측정은 시간 영역 반사계(TDR)를 이용하여 케이블의 길이, 임피던스 불연속, 손상 등을 진단할 수 있습니다. 정확한 측정을 위해서는 케이블의 속도 계수(velocity factor)를 알아야 하며, 이는 제조사에서 제공하는 사양에서 확인할 수 있습니다. 이러한 측정 기법은 통신 시스템 설치, 유지보수, 고장 진단에 필수적인 도구입니다.
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