능동필터를 이용한 LPF, HPF 설계 및 결과 분석

소개

LM741(HA17741)을 이용한 저역통과필터(LPF) 고역통과필터(HPF)입니다.
기말만 가지고 점수가 나오지 않지만 이 레포트를 기말때 제출하였고 A+맞은 자료입니다.

펑션제너레이터, 오실로스코프를 이용해 측정하였고, 능동필터의 장점은 스팩트럼 아날라이저를 이용해 표현했지만, 내용을 보고 오실로로 측정하실 수 있을겁니다.

파형 캡처자료도 제공합니다.

목차

- 서론
1. 목표
① LPF, HPF를 이론적 바탕으로 회로를 구성하고 동작을 이해한다.
② 수동 필터와 능동 필터를 이해하고 이 둘의 차이와 장단점을 설명할 수 있다.
③ 함수발생기, 오실로스코프, 스펙트럼 분석기 사용법을 익히고 결과를 분석할 수 있다.
- 본론
1. OpAmp HA17741 동작 특성 알기
2. 능동 필터(Active Filter) 설계
① 공식 및 계산
② 회로도
③ 브레드보드에 부품배치 및 배선
④ 전원 공급
3. 결과 측정
① 함수발생기 주파수에 따른 LPF, HPF출력 파형 및 이득
② 스펙트럼 분석기로 관찰한 수동 필터와 능동 필터의 차이
- 결론

- 참고
1. 참고 자료
① National Semiconductor Application Note – OpAmp Circuit Collection [2002]
② HITACHI, Ltd. Datasheet - HA17741 [1998]

2. 사용 계측기
① DIGITAL DRP-303A : 30V 3A Power Supply
② LG FG-7002C : Function Generator
③ Tektronix DPO 4034 : Oscilloscope
④ NEX NS-30A : Spectrum Analyser

3. 약어/용어 해설
① LPF – Low Pass Filter : 저역 통과 필터
② HPF – High Pass Filter : 고역 통과 필터
③ OpAmp - Operational Amplifier : 연산증폭기
④ LED – Light Emitting Dide : 발광다이오드
⑤ Passive Filter : 수동 필터
⑥ Active Filter : 능동 필터
⑦ TP – Test Point : 테스트 포인트
⑧ C – Capacitor : 축전기(콘덴서/커페시터)
⑨ R – Resistor : 저항기
⑩ L – Inductor : 인덕터
⑪ Q - Quality Factor : 선질 계수
⑫ G – Gain : 이득

본문내용

OpAmp제조사에서 제시한 전기적 사양 범위 내에서만 사용해야 안정적인 동작을 신뢰할 수 있다.
동작 온도와 보관 온도 범위가 넓어 현장에 적용하지 않고 실험실에서만 사용한다면 무시해도 좋은 범위이다.
단, 파워서플라이는 최대 **V를 출력할 수 있는데, Vcc는 +**V, Vss는 –**V까지만 사용할 수 있으니 주의한다.
우리 8조는 +**V와 –**V를 인가하기로 하였다.
또한, 입력전압은 최대 ±**V(접지전위에서는 ±**V)이므로 함수발생기 출력은 **V로 세팅하였다.

OpAmp HA17741의 외부 핀 배치이다.
양전원을 공급할 수 있도록 와 , 가상접지 및 신호 입력을 위한 , 출력인 단자가 있다.
여기서 Offset Null단자는 사용하지 않을 예정이므로 오픈상태로 둘 예정이다.

1. 능동 필터(Active Filter) 설계

능동 필터를 이용해 필터를 설계하려면 여러 가지 공식이 사용되어야 한다.
예를 들어 4kHz를 기준으로 LPF와 HPF를 설계하고 싶으면 관련 공식을 사용해 R값과 C값을 결정해야 한다.

① 공식 및 계산
차단주파수를 구하는 공식은 이다.

여기서 우리가 알아내야 할 값은 R과 C인데, 보통 커패시터가 저항에 비해 종류가 제한적이다.
적당한 커패시터 값을 정하고 저항을 선정하면 되는데, 우리 4조는 0.047㎌을 사용하기로 했다.
커패시터 값과 차단 주파수를 알면 저항을 구해야 하는데, 공식은 로 구해진다.

참고자료

· National Semiconductor Application Note – OpAmp Circuit Collection [2002]
· HITACHI, Ltd. Datasheet - HA17741 [1998]