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경북대학교 기초전기전자실험 Active Filter 실험보고서

"경북대학교 기초전기전자실험 Active Filter 실험보고서"에 대한 내용입니다.
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워드
최초등록일 2023.06.17 최종저작일 2021.10
경북대학교 기계공학부 2학년 2학기 기초전기전자실험
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경북대학교 기초전기전자실험 Active Filter 실험보고서
상세정보 자료후기 2 자주묻는질문

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    소개

    "경북대학교 기초전기전자실험 Active Filter 실험보고서"에 대한 내용입니다.

    목차

    1. 실험 목적
    2. 실험 관련 이론
    3. 실험 방법
    4. 실험 결과
    5. 고찰

    본문내용

    1. 실험 목적

    (1) OP-AMP를 이용하여 VCVS(Voltage Controlled Voltage Source) LPF(Low pass filter, 저역통과필터)회로의 특성에 대하여 알아본다.
    (2) OP-AMP를 이용하여 VCVS(Voltage Controlled Voltage Source) HPF(High pass filter, 고역통과필터)회로의 특성에 대하여 알아본다.

    2. 실험 관련 이론

    1) Filter (여파기)

    신호 처리에서 필터(Filter)란 특정한 신호에서 원하지 않는 신호를 차단하거나 원하는 신호만 통과시키는 기능을 하는 장치나 그러한 과정을 의미한다. 필터 처리는 신호 처리의 일부로 보통 특정 주파수 대역의 신호를 통과시키고, 다른 주파수대는 차단하는 방식으로 작동하는데, 이때 신호를 통과시키는 경계에 해당하는 주파수를 차단주파수(Cut off Ffrequency)라고 하며 f_c로 표시한다.
    Inductor(L, 인덕터)와 Capacitor(C, 커패시터)는 정상상태에서 직류와 교류에 대하여 다음과 같은 특성이 있다. DC에서 L은 short되고 C는 open된다. AC에서는 반대로 L은 open, C는 short된다. 이상은 극단적인 예이지만, 이러한 특성을 이용하여 필터회로를 구현할 수 있다.
    필터의 종류를 구분하는 데에는 많은 방식이 있으며, 필터의 소자 유형으로 구분 시 수동 필터와 능동 필터로 구분할 수 있다. 또한 필터의 선형성 여부로 구분할 수 있고, 선형 필터에서도 출력값의 유형에 따라 LPF(Low pass filter), HPF(High pass filter), BPF(Band pass filter), BSP(Band stop filter), Comb filter, All pass filter로 구분된다.

    2) Passive filter (수동필터)

    수동소자(passive element, passive component)는 공급된 전력을 소비·축적·방출하는 소자로, 증폭 정류 등의 능동적 기능을 하지 못하는 소자를 말한다. ex) 저항(R), 인덕터(L), 커패시터(C) 등
    수동필터는 저항(R), 인덕터(L), 커패시터(C)로만 구성된 필터를 말하며, 수동소자의 사용에 따라 RC필터와 LC필터로 나눌 수 있다.

    참고자료

    · 수동필터, 능동필터
    · https://eunkyovely.tistory.com/20
    · https://yeji1214.tistory.com/30
    · 저역통과필터, 고역통과필터
    · http://ebook.chungpaemt.co.kr/AReS_EO_HTML/HTMLContents/part9/experiment9_1_ko.html
    · http://ebook.chungpaemt.co.kr/AReS_EO_HTML/HTMLContents/part9/experiment9_2_ko.html

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    • 1. 필터(Filter)
      필터는 전기 회로에서 원하지 않는 주파수 성분을 제거하거나 선택적으로 통과시키는 중요한 역할을 합니다. 필터는 전자 회로에서 신호 처리, 음향 시스템, 통신 시스템 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 필터의 종류와 특성에 따라 다양한 응용 분야가 있으며, 이를 이해하고 적절히 활용하는 것이 중요합니다. 필터 설계 시 주파수 특성, 감쇠 특성, 위상 특성 등을 고려해야 하며, 이를 통해 원하는 신호를 효과적으로 처리할 수 있습니다.
    • 2. 수동필터(Passive filter)
      수동 필터는 저항, 커패시터, 인덕터와 같은 수동 소자로 구성되어 있습니다. 수동 필터는 회로가 단순하고 구현이 쉬우며, 전력 소모가 적다는 장점이 있습니다. 하지만 필터 특성이 고정되어 있어 능동 필터에 비해 유연성이 떨어지는 단점이 있습니다. 수동 필터는 저역통과 필터, 고역통과 필터, 대역통과 필터, 대역 저지 필터 등 다양한 종류가 있으며, 각각의 특성에 따라 적절한 용도로 사용됩니다. 수동 필터는 간단한 구조로 인해 아날로그 회로 설계에서 널리 사용되고 있습니다.
    • 3. 능동필터(Active filter)
      능동 필터는 연산 증폭기와 같은 능동 소자를 사용하여 구현됩니다. 능동 필터는 수동 필터에 비해 회로가 복잡하지만, 필터 특성을 능동적으로 조절할 수 있다는 장점이 있습니다. 능동 필터는 필터 특성을 쉽게 변경할 수 있어 다양한 응용 분야에 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 음향 시스템에서 음질 개선을 위해 능동 필터를 사용할 수 있습니다. 또한 능동 필터는 수동 필터에 비해 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 가지므로, 회로 간 정합 문제를 해결할 수 있습니다. 이처럼 능동 필터는 수동 필터에 비해 더 유연하고 강력한 필터 특성을 제공합니다.
    • 4. 저역통과필터(LPF)
      저역통과 필터(LPF)는 특정 주파수 이하의 신호만 통과시키고 그 이상의 주파수 신호는 차단하는 필터입니다. LPF는 전자 회로에서 다양한 용도로 사용됩니다. 예를 들어, 오디오 시스템에서 고주파 잡음을 제거하거나, 디지털 통신 시스템에서 고주파 성분을 제거하여 신호 왜곡을 줄이는 데 사용됩니다. LPF의 차단 주파수는 회로 설계에 따라 다양하게 설정할 수 있으며, 이를 통해 원하는 주파수 대역의 신호만 선택적으로 통과시킬 수 있습니다. LPF는 수동 필터와 능동 필터로 구현할 수 있으며, 각각의 장단점이 있어 응용 분야에 따라 적절히 선택해야 합니다.
    • 5. 고역통과필터(HPF)
      고역통과 필터(HPF)는 특정 주파수 이상의 신호만 통과시키고 그 이하의 주파수 신호는 차단하는 필터입니다. HPF는 저주파 성분을 제거하여 고주파 신호를 선택적으로 통과시키는 데 사용됩니다. 예를 들어, 오디오 시스템에서 스피커의 저주파 진동을 억제하거나, 통신 시스템에서 직류 성분을 제거하는 데 사용됩니다. HPF의 차단 주파수는 회로 설계에 따라 다양하게 설정할 수 있으며, 이를 통해 원하는 주파수 대역의 신호만 선택적으로 통과시킬 수 있습니다. HPF는 수동 필터와 능동 필터로 구현할 수 있으며, 각각의 장단점이 있어 응용 분야에 따라 적절히 선택해야 합니다.
    • 6. 차단주파수(Cutoff frequency)
      차단 주파수(Cutoff frequency)는 필터의 주파수 특성에서 중요한 개념입니다. 차단 주파수는 필터가 신호를 통과시키거나 차단하는 경계 주파수를 의미합니다. 저역통과 필터(LPF)의 경우 차단 주파수 이하의 주파수 신호는 통과시키고, 그 이상의 주파수 신호는 차단합니다. 고역통과 필터(HPF)의 경우 차단 주파수 이상의 주파수 신호는 통과시키고, 그 이하의 주파수 신호는 차단합니다. 차단 주파수는 필터 설계 시 중요한 요소이며, 이를 적절히 설정하여 원하는 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시킬 수 있습니다. 차단 주파수는 회로 설계에 따라 다양하게 설정할 수 있으며, 이를 통해 필터의 특성을 최적화할 수 있습니다.
    • 7. 연산증폭기(OP-AMP)
      연산 증폭기(OP-AMP)는 전자 회로에서 매우 중요한 능동 소자입니다. OP-AMP는 입력 신호를 증폭하고 처리하는 데 사용되며, 다양한 회로 구성을 통해 다양한 기능을 수행할 수 있습니다. OP-AMP는 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스, 높은 이득 등의 특성을 가지고 있어 회로 설계에 매우 유용합니다. 특히 OP-AMP는 능동 필터 회로에서 핵심적인 역할을 하며, 필터의 특성을 능동적으로 조절할 수 있게 해줍니다. 또한 OP-AMP는 연산 증폭기, 비교기, 적분기, 미분기 등 다양한 회로 구성에 활용되어 전자 회로 설계에 필수적인 소자입니다. 따라서 OP-AMP의 특성과 응용 분야를 이해하는 것이 중요합니다.

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      실험 목적, 이론적 배경, 실험 방법, 실험 결과, 고찰 등이 상세히 작성되어 있으며, 실험 데이터와 계산 과정을 잘 정리하였습니다.

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