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[부산대학교 응전실1(응용전기전자실험1)] 필터회로 설계 및 특성실험 예비보고서

"[부산대학교 응용전기전자실험1] 3주차 필터회로 설계 및 특성실험 결과보고서"에 대한 내용입니다.
5 페이지
한컴오피스
최초등록일 2023.10.01 최종저작일 2023.03
응용전기전자실험1 부산대 전기공학과 예비보고서
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[부산대학교 응전실1(응용전기전자실험1)] 필터회로 설계 및 특성실험 예비보고서
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    소개

    "[부산대학교 응용전기전자실험1] 3주차 필터회로 설계 및 특성실험 결과보고서"에 대한 내용입니다.

    목차

    1) LPF, HPF에 대하여 설명하시오. (간단한 회로를 예시로 들 것)
    2) 대역통과 필터 응용 분야 3가지를 조사하시오.
    3) 책 그림 3-22의 차단 주파수 및 전압 이득을 계산하시오.

    참고문헌

    본문내용

    대역통과 필터(BPF)는 특정 대역의 주파수만 통과시키는 필터입니다. 특정 대역만 통과시키고 이외의 대역은 전부 차단시킵니다. 다양한 분야에서 이 대역통과 필터는 유용하게 쓰입니다. 대표적인 예시를 살펴보자면 무선통신, 레이더, 의료용기기에 사용됩니다.
    통신시스템에서는 다양한 주파수 대역에서 데이터를 송수신합니다. 이때 대역통과 필터가 특정 주파수만 통과시켜 통신 신호의 성능을 향상시키며 특정 주파수 범위 내에서만 통신이 가능하도록 하여 인접한 주파수와의 간섭을 최소화합니다. 예를 들어, Wi-Fi 무선 랜에서는 2.4 GHz와 5 GHz 대역에서 대역통과필터가 사용됩니다.

    참고자료

    · 제 14 장 필터회로 해석 및 설계 , 경상국립대학교 자료
    · Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku 공.(2017년). Alexander의 회로이론(6판). McGraw-Hill KOREA

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    • 1. 저역통과 필터(LPF)와 고역통과 필터(HPF)
      저역통과 필터와 고역통과 필터는 신호 처리에서 가장 기본적이면서도 중요한 역할을 수행합니다. LPF는 저주파 신호를 통과시키고 고주파 노이즈를 제거하여 신호의 안정성을 높이는 데 효과적입니다. 반면 HPF는 고주파 신호를 추출하고 저주파 드리프트나 DC 성분을 제거하는 데 유용합니다. 이 두 필터의 조합을 통해 특정 주파수 대역의 신호를 정밀하게 제어할 수 있으며, 오디오 처리, 의료 기기, 통신 시스템 등 다양한 분야에서 필수적으로 활용됩니다. 필터의 차수와 차단 주파수를 적절히 설계하면 원하는 신호 특성을 효과적으로 구현할 수 있습니다.
    • 2. 대역통과 필터(BPF)의 응용 분야
      대역통과 필터는 특정 주파수 범위의 신호만을 선택적으로 통과시키는 특성으로 인해 매우 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 무선 통신에서는 원하는 채널의 신호만 추출하고 간섭 신호를 제거하는 데 필수적이며, 오디오 이퀄라이저에서는 특정 음역대를 강조하거나 감소시킵니다. 의료 분야에서는 심전도(ECG)나 뇌파(EEG) 측정 시 생리적 신호의 특정 주파수 대역만 추출하여 진단 정확도를 높입니다. 또한 진동 분석, 음향 측정, 레이더 시스템 등에서도 중요한 역할을 하며, 현대 전자 기기의 신호 처리 성능을 크게 향상시킵니다.
    • 3. 필터회로의 차단 주파수 및 전압 이득 계산
      필터회로의 차단 주파수와 전압 이득 계산은 필터 설계의 핵심 요소입니다. 차단 주파수는 필터의 통과 대역과 감쇠 대역의 경계를 결정하며, 일반적으로 -3dB 지점으로 정의됩니다. 수동 필터의 경우 RC 또는 RL 소자의 값으로 차단 주파수를 계산하고, 능동 필터에서는 연산 증폭기의 특성을 고려하여 계산합니다. 전압 이득은 필터의 증폭 또는 감쇠 정도를 나타내며, 데시벨(dB) 단위로 표현됩니다. 정확한 계산을 통해 원하는 필터 특성을 구현할 수 있으며, 시뮬레이션 도구를 활용하면 설계 과정을 더욱 효율적으로 진행할 수 있습니다.
    • 4. 능동 필터 회로 설계
      능동 필터는 연산 증폭기를 이용하여 설계되며, 수동 필터 대비 여러 장점을 제공합니다. 능동 필터는 신호 증폭 기능을 동시에 수행할 수 있어 신호 손실을 보상하고, 더 가파른 롤오프 특성을 구현하여 필터 성능을 향상시킵니다. Butterworth, Chebyshev, Bessel 등 다양한 필터 특성을 선택할 수 있으며, 각각의 특성에 따라 평탄한 통과 대역, 빠른 감쇠, 또는 선형 위상 특성을 얻을 수 있습니다. 능동 필터 설계 시에는 연산 증폭기의 대역폭, 슬루율, 입출력 임피던스 등을 고려해야 하며, 정확한 부품 선택과 회로 구성이 필터의 성능을 결정합니다.

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