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[중앙대전전][전기회로설계실습][결과보고서]-9.LPF 와 HPF 설계

전기회로설계실습(9번 실습- 결과보고서)소 속창의ICT공과대학 전자전기공학부담당 교수교수님수업 시간월 9, 10, 11, 12편 성학 번성 명설계실습 9. LPF 와 HPF 설계(XXX, XXXXXXXX, X조, 실험날짜:2022년 11월 XX일 제출일: 2022년 11월 XX일)요약:RC 직렬 LPF(low Pass Filter),RL직렬 HPF(High Pass Filter)를 설계하고 특성을 확인하였다. RC 직렬 LPF에 주파수가 10kHz인 정현파를 인가하고 입력전압과 출력전압의 크기와 위상이 차이나는 것을 오실로스코프를 통해 확인하였다. 11us 의 delay가 발생하는 것을 확인하였다. 저항에 걸리는 전압이 입력 전압보다 위상이 빠르다. XY mode를 사용했을때는 타원형으로 파형이 관찰되었다. 이는 입력파형과 출력파형의 위상차이와 크기 차이를 확인 할 수 있다는 뜻이다.낮은 주파수부터 큰 주파수로 변화를 주어 전압값을 기록하고 측정하여 LPF 그래프를 만들 수 있었다. 측정에서 일부 오차가 발생해 만족스럽지 못한 파형이 나왔지만 전체적인 개형의 경우 저주파수대역에서는 1V에 근접한 값을 나타내었고 주파수가 높아질수록 0V에 근접한 값을 나타내었다.이후 RL 직렬 HPF를 설계하였다. 앞에서와 마찬가지로 입력전압과 출력전압에서 크기와 위상차이를 확인 할 수 있었다. 약 10us의 위상차이를 확인 할 수 있다. 저항에 걸리는 전압 파형이 입력전압파형보다 느린 것을 확인 할 수 있다.XY mode를 통해 이번에도 크기차이와 위상차이가 존재한 다는 것을 확인 할 수 있었다.또한 주파수를 작은 값부터 큰 값까지 변화를 인가해 전압값을 측정하였고 해당 값을 토대로HPF 그래프를 그릴 수 있었다.서론: RC 직렬 LPF 와 RL 직렬 HPF를 설계하고 크기와 위상차이를 확인한다.주파수의 변화를 주어 LPF와 HPF 값들을 직접 측정하여 엑셀을 통해 그려본다 .4.1 실험계획서에서 설계한 LPF, HPF를 조교에게 확인받을 것.4.2 (LPF) 가변저항을 설계한 저항으로 조절하라. 설계한 대로 RC직렬 LPF를 구성하고 주파수가 10KHz이고 Vpp가 1v인 사인파를 인가하라. LPF입력 전압, R의 전압(출력)의 파형을 측정, 제출하라. 가능한 한 정확하게 크기와 위상을 표시하라. LPF입력 전압과 출력전압을 XY mode로 관찰하여 파형을 그려라. 이론치와 계산치의 오차(%)는 얼마인가? 그 이유는 무엇이라 생각하는가? XY mode로 관찰한 파형 저장, 제출하고 이론적 근거를 제시하라.출력 전압의 최대값은 720mV로 측정이 되었다. 두 파형의 Time delay를 관측하니 11.0 ㎲가 관측이 되었다. Function generator의 주파수를 10 ㎑로 설정하였기 때문에 주기 T는 100 ㎲이다.임을 계산할 수 있다.입력전압의 경우 CH1을 통해 표시되며 출력전압의 경우 CH2에 표시된다. 두 파형을 관찰 함으로써 크기 차이와 위상차이가 존재하는 것을 확인할 수 있다.두 파형을 XY 모드로 관찰하였다. 타원형으로 파형이 관찰되었다.4.3 1Vpp인 입력정현파의 주파수를 100KHz까지 변화시키면서 그래프를 그릴 수 있도록 LPF의 출력전압의 최대값을 측정하여 기록하라. LPF의 출력전압의 크기를 주파수의 함수로 하여 linear(H)-log(주파수) 그래프로 그려서 제출하라. 같은 그래프에 실험에 사용된 소자의 값으로 계산한 계산치도 같이 그려라(EXCEL사용). 잘 맞는가? 오차가 있으면 어느 주파수에서 어느 정도인가? 그 이유는 무엇이라 생각하는가?전체적으로 파형은 정상적으로 측정되었다. 다만 10000Hz와 15000Hz 에서의 Vpp 값이 같은 것으로 기록되었는데 실제 오실로스코프의 값은 일부 범위에서 변화를 한다는 점을 고려해서 더 정밀하게 측정 했다면 파형이 튀는 지점 없이 부드럽게 나왔을거라고 생각한다.4.4 (HPF) 가변저항을 설계한 저항으로 조절하라. 설계한 대로 RL직렬 HPF를 구성하고 주파수가 10KHz이고 Vpp가 1v인 사인파를 인가하라. HPF입력 전압, R의 전압(출력)의 파형을 측정, 제출하라. 가능한 한 정확하게 크기와 위상을 표시하라. HPF입력 전압과 출력전압을 XY mode로 관찰하여 파형을 그려라. 이론치와 계산치의 오차(%)는 얼마인가? 그 이유는 무엇이라 생각하는가? XY mode로 관찰한 파형 저장, 제출하고 이론적 근거를 제시하라.CH1은 입력전압 CH2는 저항에 걸리는 전압이다. 두 파형의 위상차이를 확인할 수 있으며. 얼 핏보면 크기는 동일해 보이지만 두 채널의 VOLTS/DIV이 차이가 나는 것을 확인함으로써 두 파형이 위상차이와 크기차이는 모두 가지는 것을 확인 할 수있다.입력전압과 저항에 걸리는 전압의 위상차는 10us로 측정되었다. 저항 전압의 파형이 10us 가량 느린 것을 확인할 수 있다.나왔다.두 파형이 위상차와 크기 차이가 있었기 때문에 XYmode로 확인했을때 타원형으로 나타났다.4.5 Vpp가 1인 입력정현파의 주파수를 크기를 주파수의 함수로 하여 linear(H)-log(주파수) 그래프로 그려서 제출하라. 같은 그래프에 실험에 사용된 소자의 값으로 계산한 계산치도 같이 그려라(EXCEL사용). 잘 맞는가? 오차가 있으면 어느 주파수에서 어느 정도인가? 그 이유는 무엇이라 생각하는가? L의 저항성분을 무시한다면 설계와 실험사이에 어느 정도의 오차가 날 것인가?저 주파수에서는 0에 가까운 전압을 보이고 주파수가 커질수록 1V에 수렴하는 형태를 보였다.비록 이론적으로 알고있는 HPF와는 일부 차이가 있지만 전체적인 경향은 확인 할 수 있었다.측정되는 전압이 작은 값이라 측정에서 오차가 발생했을 것이다. 인덕터의 저항을 측정하지 않고 계산을 하여 해당 부분에서도 오차가 발생했을 것이다. VOLTS/DIV를 적절하게 조절하지 않아 측정값에서 일부 오차가 발생했을 것이라고 생각한다.결론:RC 직렬 LPF(low Pass Filter)를 설계하고 주파수가 10kHz인 정현파를 인가하였다. 입력전압과 출력전압의 크기와 위상이 차이나는 것을 확인하였다. 저항에 걸리는 전압이 입력 전압보다 위상이 빠르다. XY mode를 사용했을때는 타원형으로 파형이 관찰되었다. 이는 입력파형과 출력파형의 위상차이와 크기 차이를 확인 할 수 있다는 뜻이다.낮은 주파수부터 큰 주파수로 변화를 주어 LPF 그래프를 만들 수 있었다. 측정에서 일부 오차가 발생해 만족스럽지 못한 파형이 나왔지만 전체적인 개형의 경우 저주파수대역에서는 1V에 근접한 값을 나타내었고 주파수가 높아질수록 0V에 근접한 값을 나타내었다.이후 RL 직렬 HPF를 설계하였다. 앞에서와 마찬가지로 입력전압과 출력전압에서 크기와 위상차이를 확인 할 수 있었다. 저항에 걸리는 전압 파형이 입력전압파형보다 느린 것을 확인 할 수 있다.XY mode를 통해 이번에도 크기차이와 위상차이가 존재한 다는 것을 확인 할 수 있었다.실험내용이 쉽지 않아 많이 헤맸지만 열심히 도와준 팀원과 조교님께 감사 인사를 표하고 싶다.- PAGE * MERGEFORMAT2 -

공학/기술| 2023.09.03| 7페이지| 1,000원| 조회(160)

결과보고서, 중앙대, 전전, 전기회로설계실습, HPF 설계

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[중앙대전전][전기회로설계실습][결과보고서]-10.RLC회로의 과도응답 및 정상상태 응답 측정회로 및 방법설계

전기회로설계실습(10번 실습- 결과보고서)소 속창의ICT공과대학 전자전기공학부담당 교수교수님수업 시간월 9, 10, 11, 12편 성학 번성 명설계실습 10. RLC회로의 과도응답 및 정상상태 응답 측정회로 및 방법설계(XXX, 20XXXXXX, X조, 실험날짜:2022년 11월 XX일 제출일: 2022년 11월 XX일)0. 요약커패시터와 인덕터를 고정하고 저항을 가변저항을 통해 변화시키면서 회로의RLC 회로의 응답특성을 확인하였다. 저감쇠 특성 임계감쇠, 과감쇠 특성들의 응답 형태를 확인하였다. 저감쇠 상황에서 측정된 진동주파수는 97.5krad/sec 였으며 이론적으로 계산된 진동주파수는 98.2krad/sec 이다. 측정에 있어 인덕터의 저항 성분을 고려하지 않고 실험을 진행하여서 해당 부분을 고려하면 오차율이 더욱 줄어들 것이라고 생각한다.임게감쇠 특성이 보이는 가변저항의 값은 2.1 kΩ 였다. 이론적으로 구해준 가변저항으 값은 2 .00kΩ으로 오차율은 5.00%로 나타났다또한 정현파를 인가해 R,L,C의 크기와 위상의 차이를 확인하였다.모든 저항을 제거한 LC 회로에서의 인덕터와 커패시터의 전압이 최대가 되는 주파수를 계산하였으며 실험값과 이론값 모두 15.5kHz로 오차가 발생하지 않았다.서론커패시터와 인덕터를 고정하고 R을 가변저항을 통해 변화시키면서RLC 회로의 응답특성을 확인한다. 또한 L과 C는 리액턴스에 의해 다른 위상을 보이는 것을 확인한다. 저항을 모두 제거한 상황에서 인덕터와 커패시터가 최대 전압을 가지는 주파수를 확인한다.2. 실험결과4.1 그림 1과 같이 회로를 구성하라. 입력을 사각파(0 to 1 V, 1 kHz, duty cycle = 50 %)로하고 가변저항을 변화시켜서 저항 (가변저항 +10 Ω)에 걸리는 전압이 저감쇠의 특성을 보이도록 하라. 이때의 를 측정하여 기록하고 저항(가변저항 +10 Ω)을 측정하여 기록하라. 입력신호를 기준으로 하여 R, L, C에 걸리는 전압을 스케치하라. 실험을 하면서 의 정확도를 확인하라. 의 계산치와 실험치의 오차 (%)는 얼마인가? 오차의 이유는 무엇이라 생각되는가? 저감쇠의 조건을 만족하는가?입력파형과 소자에 걸리는 파형1. 저항주기 = 64.0 µs2. 커패시터주기 = 68.0 µs3. 인덕터주기=67 µs시간이 갈수록 진동하는 R,L,C 전압 파형의 진폭이 감소하였다.커패시터의 전압의 크기가 입력전압보다 큰 구간이 존재한다. 이는 인덕터에 의해 에너지를 공급받기 때문이다. 인덕터의 전류는 순간적으로 방향이 바뀌지 않는 특성이 있기 때문이다.wd 계산 및 오차 분석저항의 걸리는 전압 파형을 통해 주기는 64us로 확인하였다. 따라서 진동 주파수는이다.가변저항의 저항 값은 DMM으로 측정 하였을때 431 Ω 이였다. 이를 토대로 소자값으로부터 계산된 진동주파수는97.53krad/sec 이다.오차는 4.6%으로 측정되었다. 하지만 이번 실험에서도 인덕터의 저항 값을 고려하지 않았으므로오차가 발생한 것으로 생각된다 인덕터의 저항성분이 커지게 된다면 진동주파수는 작아질 것이고 오차는 줄어들 것이다.4.2 가변저항을 변화시켜서 저항(가변저항 +10 Ω)에 걸리는 전압이 임계감쇠의 특성을 보이도록 하라. 이때의 저항을 측정하여 기록하고 입력신호를 기준으로 하여 R. L, C에 걸리는 전압을 스케치하라. 이론과 잘 맞는지 확인하라. 임계감쇠 저항의 계산치와 실험치의 오차(%)는 얼마인가? 오차의 이유는 무엇이라 생각되는가?저항(2.1k Ω) 전압파형인덕터 전압 파형커패시터 전압 파형저항 전압 파형을 실험을 통해 진동을 하지 않는 범위에서 측정한 가변저항의 값은 2.1kΩ 이다.소자의 값들을 통해 이론적으로 계산한 저항의 값은 를 통해 계산한 저항의 값은 2kΩ 이다. 이론값을 기준으로 오차를 계산하였을때 오차 값은 5%로 측정되었다. 이 실험 역시 인덕터의 저항 성분을 고려한다면 오차가 줄어들 것이다.4.3 가변저항을 변화시켜서 저항(가변저항 + 10Ω)에 걸리는 전압이 과감쇠의 특성을 보이도록 하라. 이때의 저항을 측정하여 입력신호를 기준으로 하여 R, L, C에 걸리는 전압을 스케치하라. 과감쇠의 조건을 만족하는가?저항 전압 파형인덕터 전압 파형 관찰커패시터 전압 파형 관찰저항은 3.9kΩ 으로 측정되었다.(인 것을 통해 과감쇠 특성을 보이는 것을 확인하였다. 임계감쇠 조건 보다 커패시터가 충전되는 시간이 더 길게 나타난 것을 확인하였다. 저항의 값이 더 커지고 전류가 줄어들었기 때문에 커패시터가 충전되는 속도가 줄어든 것이다.4.4 가변저항을 4kΩ이 되도록 조정하고 입력을 정현파(-1 to 1V, 1kHz)로 하라. 입력신호를 기준으로 하여 R, L, C에 걸리는 전압을 저장, 제출하라. 전압의 크기와 입력신호에 대한 위상차를 기록하라. 실험에 사용한 소자의 값을 사용해 계산한 각 소자의 전압과 위상차를 실험치와 비교하라. 오차는 얼마인가? 오차의 이유는 무엇이라 생각되는가?가변저항: R = 4.07 kΩ파형 관찰저항 전압 파형인덕터 전압 측정커패시터 전압 측정전압 및 위상차 측정∠-75.2=65.8∠-75.2 uA옴의 법칙을 통해 저항, 인덕터, 커패시터의 전압을 구하면65.8∠-75.2 uA*4020=265∠-75.2 uA65.8∠-75.2 uA*62.8∠90=4.13∠165.2 uA65.8∠-75.2 uA*15200∠-90=1∠14..7 mA이다.오차의 원인으로는 오실로스코프의 DIV 조절을 정확하게 하지 못해 발생한 오차가 있을 것이다.또한 인덕터의 저항 성분을 무시하고 실험을 진행한 점 역시 오차의 중요한 원인이다.4.5 그림 1의 회로에서 모든 저항을 제거한 LC회로를 구성하고 입력을 사각파 ( -1 to 1 V, 1 kHz ) 로 하고 CH1로 입력, CH2로 C의 전압을 저장, 제출하라. 공진주파수를 측정하라. 주파수를 50 kHz까지 증가시키면서 C의 전압이 최대가 될 때의 파형을 저장, 제출하라. 그 때의 주파수를 기록하라. 실험에 사용한 소자의 값을 사용해 계산한 예상치와 실험치를 비교하라. 오차는 얼마인가? 오차의 이유는 무엇이라 생각되는가?전압이 최대가 되는 주파수 측정커패시터 전압위와 같이 사각파의 주파수가 약 15.5 kHz일 때 커패시터 전압의 크기가 4.5 V로 최대치가 되는 것을 확인하였다.사각파의 주파수가 15.5kHz 부근에서 커패시터의 전압의 크기가 최대가 되었으며 그 값은 4.5V 였다.인덕터 전압인덕터 전압 역시 사각파를 인가하였을때 15.5kHz부근에서 최대값을 보였으며 그 값은 5V였다회로에서의 옴의 법칙에 의해 저항이 작기 때문에 전류는 커진다. 함수발생기의 전류는 제한이 있기때문에 특정 범위에서 사각파가 왜곡 되는 현상이 발생한다.인덕터와 커패시터 둘다 전압파형이 시간이 지날수록 감소하는 것을 확인할 수 있다. 인덕터의 경우 전압파형에서 불연속점이 존재한다. 전류가 연속적으로 변해야 하는 인덕터 특성이 있지만 전압의 경우 해당이 되지 않기 때문이다.커패시터의 경우 연속적으로 파형이 이루어 지는 것을 볼 수 있다.예상값과 실험값 사이의 오차사용된 소자의 값을 통해 얻어진 이론 값(공진 주파수) 의 경우 15.5kHz 로실제 측정된 값이랑 일치하는 것을 확인 할 수있다.3. 결론이번 실험은 R,L,C 소자로 구성한 RLC 회로의 과도응답과 정상상태 응답을 확인하는 실험이다. 회로를 소자를 이용해 구성하고 과감쇠 임계감쇠 저감쇠들의 특성들과 특성이 나타나는 저항을 가변저항과 오실로스코프를 통해 확인 하였다.저항 값을 DMM으로 측정 후 진동 주파수를 확인할 수 있었다. 일부 값들에서 오차가 발생하였지만 대부분의 실험의 경우 5%이내의 오차율을 보여 만족스러운 실험이였다. 다만 인덕터의 저항 성분을 고려하지 않고 실험을 진행하여 오차가 발생한 점을 보완하면 오차가 더욱 줄어들 것이라고 생각한다.저감쇠 보단 임계감쇠가 임계감쇠보단 과감쇠가 가변저항의 크기가 커지는 것을 확인하였다.또한 과감쇠 상황에서 정현파를 인가하여 R,L,C 소자에 걸리는 전압 파형의 크기와 위상 차이를 확인 할 수 있었다. 마지막으로 저항을 제거하고 사각파를 LC회로에 인가하였다. 전압이 최대가 되는 지점은 공진주파수 이고 실제 측정에서도 이와 거의 유사하게 측정이 되었다.실험 내용이 어려워 조교님과 조원의 도움을 많이 받았으며 모든 이들에게 감사를 표한다.[- PAGE * MERGEFORMAT2 -

공학/기술| 2023.09.03| 11페이지| 1,000원| 조회(137)

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[중앙대전전][전기회로설계실습][예비보고서]-12.수동소자의 고주파특성측정방법의 설계

전기회로설계실습(12번 실습- 실습계획서)소 속창의ICT공과대학 전자전기공학부담당 교수교수님수업 시간월 9, 10, 11, 12편 성학 번성 명설계실습 12. 수동소자의 고주파특성측정방법의 설계1. 목적: 저항, 커패시터, 인덕터의 고주파 특성을 측정하는 회로를 설계하고 실험을 통하 여 등가회로를 이해하며 이들 소자들이 넓은 주파수 영역에서 어떻게 동작하는지 실험적 으로 이해한다.3. 설계실습 계획서3.0 저항, 커패시터, 인덕터의 고주파 특성을 측정하는 회로를 설계하라. 기준을 무엇으로 하고 무엇을 측정해야 고주파특성을 알 수 있을 것인가?1)저항의 고주파 특성 측정위 회로도와 같이 회로를 설계하고, 실험 전 측정한 저항 값을 기준으로 주파수를 올려가며 DMM에 측정되는 저항 값과 비교하여 고주파 특성을 알아낼 수 있을 것이다.저항은 기생(parasitic)소자 커패시터와 인덕터 성분을 가지고 있고, 특히 저항을 통과하여야 하는 전류가 고주파에선 parasitic 커패시터에 더 잘 흐르기 때문에 주파수를 올릴 때, 저항 값은 점차 줄어들 것으로 예상된다. 즉, 주파수가 높아질 수록 저항은 커패시터의 특성을 더 많이 나타낸다는 고주파 특성을 확인할 수 있을 것이다.실험전 저항 값을 측정하고 해당 저항 값을 기준으로 주파수를 올려가며 DMM의 저항값과 미교하면서 고주파 특성을 확인 한다.저항은 기생소자 커패시터와 인덕터의 성분을 가지고 있다. 저항을 통과하는 전류가 고주파 상황에서는 기생 커패시터에 의해 더 잘 흐른다. 따라서 주파수가 증가함에 따라 저항 값이 줄어들 것이다.이를 통해 주파수가 높은 상황에서 커패시터 특성을 더 많이 가지는 고주파에서의 저항 특성을 확인할 수 있다.2) 커패시터의 고주파 특성 측정Function generator 의 입력 전압의 파형을 기준으로 주파수를 올려가며 저항 전압의 파형을 관찰하며 고주파 특성을 알아낼 수 있을 것이다.함수발생기의 입력전압의 파형을 기준으로 설정하고 주파수를 올려가면서 저항 전압의 파형의 변화를 확인한다.커패시터는 기생 인덕터의 영향을 가지고 있어 고주파 영역에서는 임피던스가 증가한다. 따라서 저항 전압은 주파수 증가에 따라 전압이 상승하다가 일정 주파수를 넘어가게 되면 커패시터의 인덕터 성분이 발현되어 저항의 전압이 감소할 것이다.3) 인덕터의 고주파 특성 측정위 회로도와 같이 회로를 설계하고, Function generator 의 입력 전압의 파형을 기준으로 주파수를 올려가며 저항 전압의 파형을 관찰하며 고주파 특성을 알아낼 수 있을 것이다.함수발생기의 입력 전압의 파형을 기준으로 주파수를 올리면서 저항 전압의 파형을 확인한다.인덕터 역시 기생 커패시터 성향을 가지고 있어 고주파 영역에서 기생 커패시터의 임피던스가 작아진다. 따라서 전류가 기생커패시터로 잘 흐르는 인덕터의 고주파 특성을 확인 할 수 있다.주파수가 높은 대역에서는 인덕터의 임피던스가 감소하게 되고 저항 전압의 입장에서는 주파수가 증가함에 따라 저항 전압이 감소하는 경향을 보이다 일정 주파수를 지나면 저항 전압이 증가하는 경향을 보일 것이다.3.1R=10kΩ,C=0.1 μF가 직렬로 연결된 회로의 주파수 응답을 보려 한다.R,C의 연결에 3 cm 전선 4 개가 사용되었다면 parasitic 인덕터의 영향으로 고주파에서는 커패시터가 인덕터로 작동할 것이다. 어느 주파수에서부터 이 영향을 관찰할 수 있을 것인가?R,C에 연결되는 전선 1cm당 0.05uH의 인덕턴스를 가지고 있다고 생각햇을때12cm 이기 때문에 0.6uH의 인덕턴스를 가진다. 주파수를 증가하면 커패시터와 인덕터의 리액턴스가 같아지는 지점이 커패시터가 인덕터로 작동하는 지점이다. 따라서wLs= 이고 f는 를 통해 주파수를 계산 할 수 있다. 680kHz 를 계산을 통해 확인 할 수있다.3.2 커패시터가 인덕터로 작동하는 것을 확인하려면 scope 를 사용하여 무엇을 측정해야 하는가?설계된 RC 직렬회로에서 저항에 걸리는 전압을 확인하고 주파수가 증가함에 따라 저항의 전압이 올라가는것을 확인한다. 이후 저항 전압이 작아지는 주파수가 발생할 것이고 그 순간이 커패시터가 인덕터로 작동하는 순간이다.3.3R=10kΩ,C=0.1 μF가 직렬로 연결된 회로에 교류신호가 입력될 때 입력전압에 대한 저항에 걸리는 전압의 크기의 비(amplitude of transfer function)를 R, C 만 고려하여 주파수의 함수로 그려 제출하라. 주파수가 커지면서 감소함수가 될 수 있는가? 또 위상차를 주파수의 함수로 그려 제출하라. (주파수의 범위 0 Hz - 10 MHz, EXCEL 사용) 주파수가 커지면서 위상차의 부호가 바뀔 수 있는가?RC 직렬회로를 설계하고 입력전압에 대한 저항 전압의 비율을 수식을 엑셀을 활용하여 그래프로 나타내었다. 주파수가 높아질 수록 전달함수으 크기는 커지고. 감소함수가 되지 않는다.주파수가 높아 질 수록 위상차의 크기는 줄어들지만 음수로 부호가 변화하진 않는다.3.4 R=10kΩ, L=10mH 가 직렬로 연결된 회로에 교류 신호가 입력될 때 입력 전압에 대한 저항에 걸리는 전압의 크기의 비(amplitude of transfer function)를 R, L 만 고려하여 주파수의 함수로 그려 제출하라. 주파수가 커지면서 증가함수가 될 수 있는가? 또 위상차를 주파수의 함수로 그려 제출하라. (주파수의 범위 0 Hz - 10 MHz, EXCEL 사용). 주파수가 커지면서 위상차의 부호가 바뀔 수 있는가?주파수가 커짐에 따라 저항에 걸리는 전압의 크기는 감소한다. 주파수가 커지면서 위상차의 부호는 변화하지 않는다.[- PAGE * MERGEFORMAT2 -

공학/기술| 2023.09.03| 6페이지| 1,000원| 조회(166)

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[중앙대전전][전기회로설계실습][예비보고서]-3.분배기(Voltage Divider) 설계

전기회로설계실습(3번 실습- 예비보고서)소 속창의ICT공과대학 전자전기공학부담당 교수교수님수업 시간월 9, 10, 11, 12편 성학 번성 명설계실습 3. 분배기(Voltage Divider) 설계목적 : 부하효과(Loading Effect)를 고려한 분압기(Voltage divider)를 설계, 제작하고 설계와 실험값을 비교, 분석한다.2. 준비물- 기본장비및선 Function generator - 1대DC Power Supply(Regulated DC Power Supply(Max 20V이상) – 1대Digital Oscillo(probe 2개 포함) – 1대Digital Multimeter(DMM, 220V 교류전원 사용) - 1대40cm 연결선 – 빨간 선4개, 검은 선 4개 (한 쪽은 계측기에 꼽을 수 있는 잭, 다른 쪽은 집게)Breadboard – 1대리드저항 (1kΩ, 2.7kΩ, 3kΩ, 6.2kΩ, 1/4W, 5%) – 3개3. 설계실습 계획서설계 목표는 출력전압이 12V로 고정되어 있는 한 대의 DC Power Supply를 이용하여 정격전압 이 3V ±10%, 정격전류가 3mA ±10%인 IC chip에 전력을 공급할 수 있는 분압기를 설계하는 것이다. 단, IC chip이 동작하지 않을 때, 즉 전력을 소비하지 않을 때 IC chip에 9V이상 걸리지 말아야한다.3.1 분압기의 설계(부하효과를 고려하지 않은 잘못된 설계)(a) 준비물 중의 저항을 사용하여 3 V±10%의 전압을 출력하는 분압기를 설계하라. 단, IC chip 이 동작하지 않을 때, 즉 전력을 소비하지 않을 때 ICchip에 9V 이상 걸리지 말아야한다.1kΩ 저항과 3kΩ 저항을 직렬 연결하여 Voltage Divider를 설계하면 전압분배법칙에 의하여 1kΩ 저항에 12V =3V 의 전압을 출력하는 것을 Pspice를 통해 확인했다.결과적으로 3 V±10% 전압조건을 만족한다.(b) 설계한 회로의 3 V 출력단자에 등가부하로서 1 kΩ의 부하가 병렬로 연결되었을 때의 출력 전압을 계산하라.1kΩ저항에 1kΩ을 병렬로 연결 출력단자 부분 등가저항을 구하면 (1kΩ || 1kΩ)= 0.5kΩ,출력전압은 12V =1.714V로 계산할 수 있다.설계목표에 대한 오차를 구하고 결과를 분석하라.설계목표는 3V ±10%의 전압을 출력하는 분압기를 설계해야한다. 2.7V~3.3V사이의 값이 나와야한다.하지만 부하효과를 고려하지 않은 이 회로의 출력전압은 1.714V 로 나와 오차 범위를 벗어난다.오차는 3-1.714=1.286V 이고 오차율은 42.9%이다. 이는 부하효과를 고려하지 않은 회로이다.등가부하를 병렬로 연결하면서 출력단자의 저항이 줄어들었다.결국 출력전압은 3V±10% 에 못 미치는 1.714V 의 결과가 도출되었다.3.2 분압기의 설계(부하를 고려한 현실적 설계)(a) 등가부하를 고려하여 설계목표를 만족하는 분압기를 설계하고 회로도를 도시하라.(b) 등가부하가 연결된 경우에 등가부하에 걸리는 전압, 전류를 계산하라. 등가부하가 연결되지 않았을 때의 분압기 출력전압을 계산하라등가부하 1kΩ를 병렬 연결하면, 분압기 부분의 등가저항은 1kΩ||(6.2kΩ+2.7 kΩ)= 0.899 kΩ, 출력전압 12 V *(0.899 kΩ/(3 kΩ +0.899 kΩ)=2.767V 이다.설계목표 3 V±10%를 만족한다.전류또한 옴의 법칙을 통해 우회적으로 알 수 있다.2.743/1k=2.767mA 로 이 또한 설계목표 3mA ±10%에 만족한다.- PAGE * MERGEFORMAT2 -

공학/기술| 2023.09.03| 5페이지| 1,000원| 조회(208)

중앙대, 전자전기, 전전, 전회실, 전기회로설계실습, 전회설

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[중앙대전전][전기회로설계실습][예비보고서]-10.RLC회로의 과도응답 및 정상상태응답

전기회로설계실습(10번 실습- 실습계획서)소 속창의ICT공과대학 전자전기공학부담당 교수교수님수업 시간월 9, 10, 11, 12편 성학 번성 명설계실습 10. RLC회로의 과도응답 및 정상상태응답1. 목적: 저항, 인덕터, 커패시터로 구성된 RLC회로의 과도응답 및 정상상태응답을 이해하고 실험으로 확인한다.2. 준비물기본 장비 및 선Function generator - 1대DC Power Supply (Regulated DC Power Supply (Max 20 V 이상)) - 1대Digital Oscillo 오실로스코프 (probe 2개 포함) - 1대Digital Multimeter(DMM, 220V 교류전원 사용) - 1대40cm 연결선: 빨간 선 4개, 검은 선 4개 (한쪽은 계측기에 꼽을 수 있는 잭, 다른 쪽은 집게)Breadboard - 1개점프와이어 키트 - 1개부품리드저항(10Ω, 1/4W, 5%) – 2개 가변저항 (20kΩ, 2W) - 2개 인덕터(10mH 5%) – 2개 커패시터(10nF ceramic disc) - 2개3. 설계실습 계획서3.1 RLC 직렬회로에서 R= 500 Ω, L= 10 mH, C= 0.01 μF인 경우 ωo, ωd를 계산하라.공진주파수 는 이므로 임을 알 수 있다.감쇠상수 는 이다. 진동주파수3.2 위의 회로에서 입력이 사각파(0 to 1 V, 1 kHz, duty cycle = 50 %)인 경우 입력을 기준으로 R, L, C 에 걸리는 전압파형을 시뮬레이션 하여 제출하라.= 100 kr ad/s α=25103 임을 참조하면 < 는 부족 감쇠 응답이다. Pspice 시뮬레이션을 통해 파형을 확인하였다.(초록색- 입력전압, 빨간색- 저항 전압 , 파란색- 인덕터 전압,노란색- 커패시터 전압)3.3 위의 회로에서 R = 4 kΩ이며 입력이 사각파(0 to 1 V, 1 kHz, duty cycle = 50 %)인 경우 입력을 기준으로 R, L, C 에 걸리는 전압파형을 시뮬레이션 하여 제출하라.= 100 kr ad/s α=0.2106 임을 참조하면 > 과감쇠 응답이다(초록색- 입력전압, 빨간색- 저항 전압 , 파란색- 인덕터 전압,노란색- 커패시터 전압,)3.4RLC 직렬회로에서 L=10mH,C=0.01 μF인 경우 임계 감쇠가 되는 저항 값을 계산 하라.3.1 상태의 경우 부족감쇠 응답이다. 이 상태에서 를 크게 만들면 진동주파수는 점점 작아지게 된다. (식:이때 가 될때 임계 감쇠가 된다. 해당조건에서 는 100kHz 이고 를 이용하면 저항은 2kΩ이 된다.3.5 RLC 직렬회로에서 가변저항을 사용하여 입력이 사각파(0 to 1 V, 1 kHz, duty cycle=0.5)인 경우 임계 감쇠가 되는 저항 값을 측정하는 방법을 설명하라.부족 감쇠 응답에서 저항을 증가시키게 되면 감쇠상수가 커진다 (식: α= 진동주파수는 따라서 작아진다. 이때 가 될 때 이 되고 임계감쇠가 된다. 가변저항을 조절하면서 전압파형이 진동하지 않는 시점이 임계감쇠가 되는 시점이다.해당시점에서 가변저항을 DMM으로 측정하게 되면 임계감쇠가 되는 시점의 저항을 알 수 있다.3.6 RLC 직렬회로에서 CH1 에 입력전압파형이, CH2 에 R 에 걸리는 전압파형이 나타나도록 측정하는 연결도를 그려서 제출하라.3.7 RLC 직렬회로에서 CH1 에 입력전압파형이, CH2 에 R 에 걸리는 전압파형이 나타나도록측정하는 연결도를 그려서 제출하라. (R->L)3.8 RLC 직렬회로에서 CH1 에 입력전압파형이, CH2 에 R 에 걸리는 전압파형이 나타나도록 측정하는 연결도를 그려서 제출하라. (R->C)3.9 위의 회로에서 R=4kΩ이며 입력이 사인파(-1to1V,1kHz)인 경우 입력을 기준으로 R, L, C 에 걸리는 전압파형을 예측하여 스케치하라. 입력전압과 각 소자에 걸리는 전압의 크기의 비와 위상차를 구하라.(노란색- 입력전압, 초록색- 저항 전압, 빨간색- 인덕터 전압, 파란색- 커패시터 전압)주파수 w 는 2π*1k=6283 rad/s 이다.∠-75I=를 활용하여 전류를 구할 수 있다. 61.2∠75° μA 임을 계산하였다.저항 커패시터 인덕터에 걸리는 전압을 계산해 보면이며 입력전압과의 비는 1:0.2448이며 입력전압과의 비는 1:0.003843이며 입력전압과의 비는 1:0.973998이다.3.10 R=0, L(10 mH), C(0.01 μF)로 구성된 직렬회로의 공진주파수는 얼마인가? C 의 전압이 최대가 되는 입력주파수는 몇 Hz 인가?공진주파수 ωo R 과는 관련이 없다. 공진주파수는 100 krad/s 이다. 입력주파수 가 공진주파수 와 같아질 때 C 의 전압이 최대가 된다. 입력주파수는 100 krad/s 와 공진주파수= 2πfs가 같아지는 경우의 fs를 계산하면[- PAGE * MERGEFORMAT2 -

공학/기술| 2023.09.03| 6페이지| 1,000원| 조회(141)

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