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일반물리실험 옴의법칙 레포트

일반물리실험Ⅱ옴의 법칙(전기저항 측정) 실험실험 목적저항이 직렬 및 병렬로 연결된 회로에서 전압과 전류를 측정하여 Ohm의 법칙을 확인하며, 각 회로에서의 등가저항을 실험적으로 측정하여 이론적 결과와 비교한다.기본 이론옴의 법칙저항이 R인 저항체에 전위차 V를 걸어주었을 때, 전류 I가 흐른다면 이들 사이에는(1)인 관계가 있다. 이 때 저항 R이 V 또는 I값에 무관할 때, 즉 V와 I의 관계가 직선적일 때 Ohm의 법칙이 성립한다고 말한다.저항체들이 직렬, 병렬로 연결되었을 때의 등가저항을 구하기 위하여 폐회로 정리를 이용한다. 폐회로 정리란 어떤 지점에서 출발하여 폐회로를 일주한 후 다시 그 지점으로 올 경우 전위변화의 대수적 합이 0이 된다는 것이다.예를 들어 그림 1에서와 같은 폐회로의 a점에서 출발하여 회로를 시계방향으로 일주한 후 다시 a점으로 오는 경우를 생각하자. a점을 출발하여 시계방향으로 저항 R을 지나면 -IR의 전압강하가 일어나며 기전력 장치에서 전압증가 이 있게 된다. 따라서 전위변화의 합은이 되어 회로에 흐르는 전류는 가 된다.직렬연결이제 세 개의 저항 가 직렬로 연결되었을 때의 등가저항 을 구하기 위해, 그림 2와 같은 회로에 폐회로 정리를 이용하기로 한다. 회로에 흐르는 전류를 I라 할 때, a점에서 이 회로를 출발하여 시계방향으로 일주하면 저항 에서 각기 의 전압강하가 일어나며 기전력 장치에서 전압증가 이 있게 된다. 즉, 전위변화의 총합은이 된다. 따라서 회로에 흐르는 전류 I는가 되어서, 등가저항 는로부터가 된다. 즉 저항이 직렬로 연결된 회로에서의 등가저항은 개개의 저항체의 저항 값을 모두 더하면 된다.병렬연결저항들을 병렬로 연결하였을 경우의 등가저항을 구하기 위해 그림 3과 같은 회로를 생각하기로 한다. 그림3에서 각기 ①,②,③으로 표시된 회로에 대해 폐회로 정리를 적용하면,이 되어 저항 에 흐르는 전류 는 각각 가 된다.그런데 회로에 흐르는 전체전류 I는 결합점 정리에 의해 의 합이 되므로가 되어 등가저항 는 로부터가 된다.기구 및 장치옴의 법칙 실험용 회로상자직렬연결 저항 박스병렬연결 저항 박스직류전원장치디지털 멀티미터 2 (전류계, 전압계)연결선실험 방법직렬회로 실험옴의 법칙 실험용 회로 상자에 그려진 대로 회로를 구성한다. 저항에는 직렬연결 저항 박스를 연결한다.저항 연결선을 1k에 연결한 후 전압을 1V씩 (혹은 2V씩) 증가시켜 가면서 전류값을 기록한다. 전압 vs 전류의 그래프를 그리고 이 기울기가 사용한 저항 값과 같은지 확인한다.전원장치의 출력 전압을 적당한 값(5V)으로 조정한 다음, 저항 연결선을 1, 2, 3, 4, 5k으로 옮겨 꽂아 가면서 각각의 전류 값을 기록하여 가 성립하는지 조사한다.저항 연결선이 5k에 연결된 상태에서 전압계를 이용하여 각 저항에 걸리는 전압을 기록한다. 이것은 각 저항에 걸리는 전압의 합이 전체 전압과 같은지 확인하기 위함이다.병렬회로 실험저항에 병렬연결 저항상자를 연결하는 것을 제외하고는 직렬연결 실험 때와 회로 구성은 동일하다.전원 장치의 출력전압을 적당한 값으로 조정한 다음 저항 연결 단자를 차례로 옮기며 전류 값이 어떻게 바뀌는지 기록한다.저항의 병렬연결에서의 저항 값이 +…인지 확인한다.측정치 및 계산직렬연결R=1kV=5V전압 V전류 I저항 R전류 I개별저항의 전압1.51.31k4.84.92.52.32k2.31.9, 2.43.53.33k1.51.5, 1.4, 1.64.54.34k1.11.2, 1.2, 1.2, 1.25.55.35k0.80.9, 0.9, 0.9, 0.9, 0.9전압 vs 전류 그래프 → 기울기 =저항 vs 전류의 역수 그래프 → 기울기 = 0.1146병렬연결V=5V저항 R전류 I14.429.5314418522저항 vs 전류의 역수 그래프 → 기울기 = -0.0413결과 및 논의이번 실험은 저항으로 인하여 변하는 전류값과 전압값을 그래프로 구하고, 그래프의 결과값을 이용하여 옴의 법칙을 증명하는 실험이었다. 측정한 저항값과 계산한 저항값에 미세한 오차가 있었는데 그 이유는 멀티미터로 측정할 때 정확히 고정이 되어 저항값이 측정되는 것이 아니라 조금씩 변한 값을 어림잡아 썼기 때문에 아주 정밀한 값을 측정할 수 없었다. 첫번째, 전류와 전압을 측정할 때 전류계와 전압계를 사용하여 실험을 한다면 내부의 저항에 의해 약간의 오차가 발생한다.질문Ohm의 법칙이 성립하지 않는 저항체의 경우에 의 관계식을 어떻게 해석해야 하나?저항 R이 상수가 아니라 전류와 전압에 대한 함수가 된다. 따라서 R=v/I (V와 I는 변수)로 해석할 수 있다.미시적인 Ohm의 법칙은 전기장 E와 전류밀도 j 사이에 의 관계가 있다. 이 관계로부터 길이가 l이고, 단면적이 A인 도선에서 저항 R과 의 관계를 구하라.전위차는 V=Ed의 공식을 따른다. 길이가 l이라면 V=El이다. 그리고 전류밀도의 정의를 생각해보면 j=I/A임을 알 수 있다. 여기서 우리 문제에서 로 성립한다고 했으므로 E=V/l을 대입하고 j=I/R로 대입한다.

공학/기술| 2022.06.02| 8페이지| 2,500원| 조회(110)

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일반물리실험 빛의 반사와 굴절 실험 레포트

일반물리실험Ⅱ빛의 반사와 굴절 실험실험 목적백색광을 이용하여 빛의 반사 및 굴절 법칙을 이해하고, 임계각을 측정하여 물질의 굴절률을 구한다.기본 이론그림 1과 같이 빛이 굴절률 인 매질에서 굴절률이 인 매질로 들어갈 때, 그 경계면에서 반사와 굴절이 일어난다. 경계면의 법선과 입사 광선이 이루는 각을 입사각 라 하고, 와 은 각각 반사각과 굴절각이라 한다. 빛의 반사 및 굴절의 법칙은 입사광선, 반사광선, 굴절광선이 모두 경계면의 법선을 포함하는 동일 평면상에 존재하며 사이의 관계는(반사의 법칙)이고(굴절의 법칙; 스넬의 법칙)이다.한편 굴절률이 큰 물질에서 굴절률이 작은 물질로 빛이 진행할 때에 어떤 입사각 이상에서는 굴절광은 없고 모든 빛이 반사되는 전반사가 나타난다. 이 전반사를 시작하는 입사각을 임계각(critical angle)이라 하며, 이 때 굴절각이 90이므로의 관계가 성립한다. 만일, 즉 진공(혹은 공기)으로 빛이 굴절하여 들어간다면, 전반사가 일어나는 임계각 와 입사매질 과의 관계식은 식 (3)으로부터이 된다.실험 기구 및 장치반원형 프리즘(유리 또는 플라스틱)극좌표판평면거울지지대백색광실험 방법반사백색광, 극좌표판, 평면거울 및 지지대 등을 그림 2(a)와 같이 배치한다.평면 거울이 각도기판 중심을 지나고 각도기판에 수직이 되도록 세우고 입사광이 각도기 중심을 향하도록 한다.입사광과 반사광이 모두 판에 대하여 수평하게 맞춘 후에 극좌표판을 돌리면서 반사되어 나오는 광선을 스크린에서 찾는다.입사각과 반사각을 측정한다.굴절그림 2(b)와 같이 반원형 프리즘의 직경인 면이 각도판 중심을 지나도록 놓고 입사광과 굴절광에 대하여 반사 실험 때와 같은 조정을 한다.작은 입사각으로부터 각도기를 돌리면서 스크린에서 광선을 찾으며 입사각과 굴절각을 측정한다.임계각굴절 실험 때와 반대로 그림 2(c)와 같이 반원형 프리즘의 둥근 면으로 광선이 입사하도록 하여 입사각을 증가시키며, 굴절광이 사라지기 시작하는 입사각까지 입사각을 조절하여 임계각 를 측정한다.굴절 실험에서 측정한 굴절률을 사용하여 식 (4)로부터 임계각을 계산하여 측정값과 비교하여 본다.측정치 및 계산반사횟수입사각(반사각(*************4202052525굴절횟수입사각(굴절각(1522.49721051.99231591.65420121.65525161.53630191.54평균1.81임계각횟수임계각 (측정값)1*************8평균40계산에 의한 임계각33.54결과 및 논의입사각과 반사각은 실험결과 같았고, 입사각과 굴절각이 커질수록 굴절률이 작아지는 경향을 보였다. 측정값은 임계각과 6도 정도의 차이를 보였는데 이는, 반원형 프리즘의 평평한 면이 극좌표판과 정확히 일치하지 않았기 때문에 발생한 오차라고 생각하였다.질문파장이 다른 레이저를 사용할 경우 반사각과 굴절각 중 달라지는 것은 어느 것인가? 그 이유를 설명하라.굴절각이 달라진다. 굴절각이란 매질이 바뀜에 따라 파동의 속도가 달라지기 때문에 발생한다. 파장이 바뀌면 파속이 바뀌므로 매질에 따른 속도변화도 달라지기 때문에 굴절각이 변한다.전반사가 응용되는 예를 설명하라.광섬유는 광케이블, 인테리어 조명 등으로 사용된다.실험 소감빛을 얇게 만드는 과정에서 몇 번의 시행착오를 겪었지만 조원들과 함께 여러가지 방법을 시도해본 결과 빛을 얇게 만들어 정확도 있게 실험을 진행할 수 있게 되었다. 입사각과 반사각이 정확히 일치하는 결과를 얻어 만족스러웠고, 굴절각도 정확도 있게 측정된 것 같아 기뻤다.

공학/기술| 2022.06.02| 5페이지| 2,000원| 조회(178)

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일반물리실험 RC회로 충방전실험 레포트

일반물리실험ⅡRC 회로 충방전 실험실험 목적저항®과 축전기©를 직렬로 연결한 회로(RC 회로)에서 축전기에 인가되는 전압의 시간적 변화를 관측하여 회로의 용량 시간상수를 구하고 충전 및 방전 특성을 이해한다.이론 및 원리그림 1과 같이 축전기와 저항으로 이루어진 회로에서 축전기가 충전되는 동안 회로에 흐르는 전류는 회로의 법칙을 적용해보면이 되고 q/C는 축전기 판 사이의 퍼텐셜 차이다. 의 관계가 있으므로 위 식은 다음과 같이 바꾸어 쓸 수 있다.이 식이 전하 q의 시간에 대한 변화를 결정하는 미분 방정식이다. 이 방정식의 해는주어진다. 여기서 초기 조건으로 t=0, q=0라는 조건을 사용하였다. 이 식에서 보듯이 직류전원을 축전기에 연결하면 축전기가 충전되는 비율은 시간이 지날수록 감소한다. 충전 초기에는 축전된 전하가 적으므로 충전이 쉬우나, 시간이 지날수록 대전된 전하가 증가하면 그에 비례하여 부호의 잉여전하를 충전시키는데 더 많은 일이 필요하기 때문이다.식 (3)을 시간에 관하여 미분하면 전류의 시간에 변화를 나타내는 식을 얻게 된다.실험적으로 q(t)의 값은 축전기 사이의 전위차를 측정하여 얻을 수 있다.지수 e에 나타나는 양은 차원이 없어야 하므로 RC는 시간의 차원을 갖는다. RC을 회로의 용량 시간 상수라고 하며 라는 기호를 사용하여 나타낸다.시간 상수는 축전기가 완전히 충전되어 평형 상태에 도달했을 때의 전하량의 63%가 충전되는데 걸리는 시간이다.충전 과정은 기기의 스위치를 닫으면 축전기에는 아무 전하도 없음으로 판 사이에는 퍼텐셜 차가 생기지 않는다. 그러므로 회로의 법칙을 사용하면 저항 사이의 퍼텐셜 차는 기전력 와 같고 저항에 흐르는 전류는 이다.이 결과는 전류가 흐르기 시작한 순간에만 맞는다. 왜냐하면 그 이후에는 축전기 판 사이에 전하가 쌓여서 그 사이에 q/C의 퍼텐셜 차가 생기기 때문이다. 회로의 법칙을 사용하면 이렇게 전하가 쌓이는 과정에서 저항과 축전기의 퍼텐셜 합은 전지의 기전력과 같아야 하므로 저항의 퍼텐셜 차는 감소하므로 전류도 줄어든다.저항에서의 전류의 변화는 축전기가 완전히 충전될 때까지 계속된다. 완전히 충전되었다는 것은 축전기의 퍼텐셜 차가 전지의 기전력과 같다는 것을 말한다. 방전과정은 회로에 기전력이 없으므로 라고 놓으면이 되고 이 방정식의 해는 다음과 같다.여기서 는 처음에 축전기가 완전히 충전되었을 때의 전하이다. 회로의 용량 시간상수 RC는 충전할 때뿐만 아니라 방전할 때도 중요한 역할을 한다. t=RC일 때 축전기의 전하는 약 37%인 로 줄어든다. 방전 과정에서 전압은이므로 다음과 같다.실험기구 및 장치축전기 충방전 실험장치(저항, 축전기 팩 포함)직류전원공급장치S-CA 시스템실험 방법그림 3과 같이 전원장치, 저항, 축전기, S-CA시스템을 준비한다.극성에 맞게 직류전원 공급 장치를 실험장치의 전원부에 연결하고, 준비된 저항과 축전기를 회로에 위치시킨다. 전류계 부분인 A는 연결선으로 연결하여 두고, 축전기 양단의 전압단자를 S-CA 서버의 입력단자 CH A에 연결한다.PhysicsView 프로그램을 실행하고 ‘인터페이스 분석’에서 ‘데이터로그 보기’를 선택한다.전원 공급 장치의 전원을 켜고, 5V 내외의 적정 전압을 인기하고, 실험장치의 스위치를 충전에 위치시킨다. 데이터로그 보기 화면에서 시작을 클릭 입력되는 신호를 확인한다.그림 4와 같이 MAX-MIN의 값을 조정하여, 충방전 과정이 한 화면에 잘 관측될 수 있도록 조정한다. 매**장 그리기 및 Samples/S의 값을 조정하여 충방전 곡선의 관측이 용이하도록 조정한다.그림 4와 같이 충전, 방전 곡선이 잘 관측될 수 있도록 설정을 조정한 후 실험 장치의 스위치를 방전에 위치하고 데이터로그 보기의 화면에서 초기화 버튼을 클릭 하여 측정을 초기화 한다.데이터로그 보기 화면에서 시작버튼을 클릭하고 실험장치의 충방전 스위치를 충전에 위치한다. 충전곡선이 더 이상 증가하지 않게 되면 다시 충방전 스위치를 방전에 위치한다.방전이 완료되면 데이터로그 보기 화면의 정지 버튼을 클릭한다.화면을 충전이 시작된 시점으로 이동하여 충전 시작점과 완료점(*~* samples)을 선택하여 데이터 저장 기능을 통해 txt 파일로 데이터를 저장한다.방전이 시작된 시점으로 이동하여 ⑨와 같이 방전 데이터를 저장한다.저장한 데이터를 엑셀 등의 프로그램을 이용하여 시간-전압의 그래프를 그리고 이를 이용하여 추세선을 구한다.과정 ⑪에서 구해진 추세선을 이용하여 시상수를 결정한다.저항과 축전기를 바꾸어 가면서 위의 실험을 반복한다.실험값 및 계산R=C= 47F시간상수충전 시 최종 전압 값의 63%가 되는데 걸리는 시간 5s방전 시 최종 전압 값의 37%가 되는데 걸리는 시간 5.2s평균 시간 t= = 5.1s백분율 오차 7.843%R= C=시간상수충전 시 최종 전압 값의 63%가 되는데 걸리는 시간 0.5s방전 시 최종 전압 값의 37%가 되는데 걸리는 시간 6.4-5.1=1.3s평균 시간 t= = 0.9s백분율 오차 44.444%결과 및 분석실험의 목적은 직류전원을 연결한 RC 직렬회로를 이용하여 스위치 on/off에 따른 충전과 방전 현상에 대해 알아보고 시상수를 구하는 것이다. 시간이 점진적으로 흐름에 따라 축전지의 전압이 높아지는 것으로 보아 전하가 쌓이고 있다는 것을 알 수 있다. 그리고 증가하던 전압이 최고 전압에 도달하게 되는데, 이때 방전을 시키면 전하량이 줄어들면서 동시에 그래프의 y축 값에 해당되는 전압이 떨어지게 된다. 이를 통해 우리는 충전과 방전 시의 전하량의 변화를 눈으로 확인할 수 있었다. 실험을 하면서 오차가 발생한 원인으로는 1) 회로를 구성하면서 전선부분이나 연결부분의 저항이 추가되어 시상수 값에 영향을 끼친 것, 2) 사용한 저항에 기본적으로 오차가 존재하는 것, 3) 충전과 방전의 시간을 정확하게 측정하기 어렵다는 것을 고려하였다. 첫번째 실험보다 두번째 실험에서 오차가 크게 나타난 것은 충/방전을 동시에 진행한 실험에서 시간을 따로 측정하지 않아 방전 시 전압 값의 37%의 시간 값을 충전된 시간에서 빼어 계산했는데 이 부분이 오차를 크게 불러 온 원인이라고 생각한다.실험 소감처음에 실험책에 적혀진 실험 설명과 실험 방법을 읽으며 실험이 너무 어렵게 느껴져서 당황스러웠다. 하지만 교수님께서 시연을 해주신 것을 집중해서 보고 나니 자신감이 생겨서 실험을 빠르게 진행할 수 있었다. 충전과 방전을 반복하면서 데이터로그 화면에 그래프가 그려지는 것이 신기하고 놀라웠고, 첫번째 실험을 진행할 때에는 충전과 방전 시간을 따로 측정해보아 오차가 훨씬 적게 계산되었기 때문에 나름 정확도 있게 실험을 진행할 수 있어서 만족스러웠다.

공학/기술| 2022.06.02| 9페이지| 2,500원| 조회(173)

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전기전자공학 및 실습 커패시터와 인덕터, LC,RC회로 실험 레포트

전기전자공학 및 실습 보고서1. 실험목적8장에서는 커패시터와 RC회로, 9장에서는 인덕터와 RL회로에 대해 학습하며 커패시터와 인덕터의 정의와 종류, 임피던스와 인덕턴스에 대해 학습하고, 커패시터와 인덕터의 전기적인 특성을 비교해 볼 수 있다. 회로를 구성하여 오실로스코프를 직접 작동해보며 구성과 사용방법을 이해하고 익힌다. 오실로스코프와 인덕터, 주파수 발생기, 저항으로 회로를 구성하여 정현파를 입력하고, 저역통과필터와 고역통과필터를 만들어 입력과 출력을 비교하는 실험을 진행한다. 이를 통해 이론과 실험을 비교해보며 학습한 내용이 어떻게 작용하는지 확인한다.2. 이론 및 배경2-1) 커패시터커패시터는 콘덴서라고도 불리며, 전하를 축적하거나 직류전류를 차단하고, 교류전류를 통과시키려는 용도로 사용된다. 다음과 같은 구조로 전극 사이에 유전체를 넣어 만드는데, 재질에 따른 다양한 종류의 커패시터가 있다.커패시터의 전기용량은 도체판의 개수 N, 도체판의 크기(면적)A cm, 두 판 사이의 거리 d 및 절연체의 종류에 의해 결정되고 관계식은 다음과 같다.C= epsilon {A(N-1)} over {d} =8.85 TIMES 10 ^{-12} epsilon _{r} {A(N-1)} over {d} [F]=0.0885 epsilon _{r} {A(N-1)} over {d} [pF]여기서epsilon = epsilon _{r} epsilon _{0}는 유전율 상수이며,epsilon _{0} =8.85 TIMES 10 ^{-12}는 진공의 유전율 상수,epsilon _{r}는 유전체의 비유전율 상수로 재료에 따라 1~7500 사이 값을 갖는다. 세 개의 변수 중에 한 개를 변화시키면 전기용량을 쉽게 변화시킬 수 있다. 다음의 그림은 커패시터의 심벌이다.2-2) 커패시터의 직류 및 교류 특성전기용량 만을 가지는 이상적 커패시터에i=I _{m} sin omega t로 표시되는 정현파 전류가 흐를 때 전류의 방향으로의 전압강하 v는upsilon = {1} over {C} int _{} ^{} {idt= {1} over {C} int _{} ^{} {I _{m} sin omega tdt=- {1} over {omega C}} I _{m} coswt= {1} over {omega C} I _{m} sin( omega t-90 DEG )}이고, 여기서 전압과 전류의 최대치의 관계는V _{m} =(1/ omega C)I _{m}이며, 실효값은V _{} =(1/ omega C)I _{} 또는I= omega CV와 같다.아래 그림의 전압과 전류의 정현파는 전기용량 회로의 전압과 전류의 위상관계를 보여주고 있다. 따라서 전기용량만을 가지는 교류회로에서 전압과 전류는 동일 주파수의 정현파이고 전압은 전류보다 위상이 90DEG 늦다. 그리고 전압과 전류의 실효값의 크기 비는��X _{c} ��=1/( omega C)와 같다. 또한X _{c}는 커패시터 회로의 전류를 제한하는 일종의 교류저항기 역할을 하는데 이 용량성 리액턴스X _{c}는X _{c} =- {1} over {omega C} =- {1} over {2 pi fC} `[ OMEGA ]이고, 여기서 C를 전기용량(커패시턴스), f는 교류주파수를 표시하며,X _{c}의 단위는 저항과 같이OMEGA을 사용한다.커패시터는 직류와 낮은 주파수는 차단하고, 주파수가 커질수록 커패시터의 리액턴스가 줄어들어 전류가 잘 통과한다.2-3) 수동 RC 필터주파수가 증가하면 커패시터의 리액턴스는 감소하고, 주파수가 감소하면 커패시터의 리액턴스는 증가한다. 그래서 아래 그림과 같이 커패시터를 통해 빠져나가 출력으로 차단되고, 직류를 포함한 저주파는 부하를 통해 출력된다. 커패시터 양단의 전압upsilon _{C}는 입력전압에서 저항전압upsilon _{R}을 뺀 것으로 이해할 수 있다. RC필터에서는 저역통과 필터 설계시에는 커패시터를 부하에 대해 병렬로 연결하고, 고역통과필터 설계 시에는 커패시터를 부하에 대해 직렬로 연결한다.필터는 주파수 선택회로이며 원하는 주파수를 통과시키고 다른 주파수는 제거시키도록 설계한다. 주파수에 따라 임피던스가 변하는 인덕터 혹은 커패시터를 사용한다. 수동필터에는 RC필터와 RL필터로 두가지로 나눌 수 있다. RC필터에서는 저항+캐퍼시터 필터로서 저역통과필터이며 커패시터에서 출력전압을 뽑아낸다. 커패시터+저항 필터에서는 고역통과필터이며 저항에서 출력전압을 뽑아낸다.RC 저역통과필터에서 입력 전압V _{in}와 출력전압V _{out}의 관계는여기서omega 는 단위가 rad/s인 각주파수이며 차단각주파수omega _{cL} =1/R _{1} C _{1}(차단주파수f _{cL} =1/(2 pi R _{1} C _{1} ))이다. 위의 식에서omega 가 증가하여 일정한 값omega _{cL}보다 크게 되면V _{out} /V _{in}는 점차로 작아져서 ‘0’에 가깝게 된다. 따라서V _{out} =K _{L} V _{in}의 관계로부터V _{in}의 주파수가omega _{c}보다 커질수록V _{out}는 ‘0’에 가까워지고V _{in}의 낮은 주파수 성분만이V _{out}에 나타난다. 그래서 저주파 성분만을 통과시키는 저역통과필터의 기능을 하게 된다.즉, 특정주파수 이상을 차단시키고, 그 이하를 통과시키는 것이 저역통과필터이다. 저항을 출력으로 하는 경우 저항의 전압과 입력에 대한 저항의 전압은 다음과 같다.V _{R} =V _{in} {Z _{R}} over {Z _{R} +Z _{C}} =V {R _{1}} over {R _{1} + {1} over {j omega C _{1}}}{V _{R}} over {V _{IN }} = {R _{1}} over {sqrt {R _{1}^{2} +( {1} over {omega C _{1}} ) ^{2}}} = {1} over {sqrt {1+( {1} over {omega R _{1} C {} LSUB {1}} ) ^{2}}}다음의 그림은 고역통과필터의 주파수 특성을 나타내고 있다.저역통과필터는 필터 차단주파수 이하의 주파수를 통과시킨다. 응답은 RC회로 숫자에 의존하여 하한 차단주파수는 출럭이 6dB/octave 혹은 20dB/decade로 감소되는 주파수에서 결정된다. 저역통과필터의 대역폭은 BW=f_{ C}이다. 고역통과필터는 저역통과필터와 반대개념의 필터로서 저주파수의 통행을 제한하는 필터이다. 즉f_{ C}이하의 신호는 감쇠시키고,f_{ C}보다 높은 주파수의 신호는 통과시킨다. 실제 상용으로 매우 제한된 용도로만 쓰이는 필터이며 구조에서 저주파 발진을 최적화하기 위해 고역통과필터를 덧붙이기도 한다. 즉 주파수성분 중에서 고주파를 없애야 할 때 사용되는 필터이다.2-4) 인덕터인덕터는 그림과 같이 에나멜을 씌운 구리선과 같은 선을 공기, 세라믹, 그리고 고투자율 페라이트인 자심에 나선 모양으로 감는 구조로 도선을 많이 감을수록 코일의 성질이 강해지며 유도용량의 값도 커진다.코일의 반경이r_{ e}이고 길이가l인 원통에 단일층으로 N번 감은 코일의 유도용량 값인 인덕턴스는 다음과 같다.코일의 감은 횟수가 많으면 직류저항인 내부저항이 존재하고, 인접한 도선에 의한 전기용량도 있어 고주파에서 인덕터의 특성에 영향을 미친다.커패시터는 절연체(유전체라고도 함)로 분리된 두 개의 도체판으로 구성되어있고, 인덕터는 동선과 같은 선재를 나선모양으로 감은 것이다. 커패시턴스는 두 도체판 사이의 전위차에 의해 커패시터의 한쪽 도체판으로 이동하는 전하량의 비를 의미하고, 인덕턴스는 인덕터에 흐르는 전류의 변화를 저지하기 위해 유도기전력을 발생하는 척도이다. 아래의 표는 커패시터와 인덕터 특성을 나타낸다.2-5) RL 저역통과필터 및 고역통과필터아래의 그림과 같이 인덕터는 주파수가 감소하면 인덕터의 리액턴스가 줄어들어 저주파는 통과시키고, 주파수가 증가하면 인덕터의 리액턴스는 증가하여 고주파를 차단한다. 저항 양단의 전압은 입력전압에서 인덕터 전압을 뺀 것이므로 고주파에서 저항 양단의 출력전압은 감소하게 된다. 직렬 RL 회로에서 저항이 출력인 경우 저역통과필터가 된다.RL 저역통과필터의 전달함수는 다음과 같다.인덕터 양단 전압이 출력전압으로 하면 직류에서 출력 전압은 0이다. 주파수가 증가하면 인덕턴스가 증가하고 인덕터 양단의 전압은 증가하여 고역통과 필터가 된다.인덕터는 저주파수 신호에서 작은 저항값으로 통과시키고 고주파 신호에는 큰 저항값으로 작용한다. 그렇기 때문에 저주파 신호는 어떤 감쇠 없이 쉽게 통과시키고 고주파 신호는 큰 감쇠 혹은 완전 차단시켜 출력한다. 다음 그림과 같이 고주파 신호는 인덕터를 거치지 않고 출력으로 나가고 직류 혹은 저주파 전류는 인덕터를 통해 접지로 흘러간다. 그래서 이 회로는 고역통과 필터 회로가 된다.

공학/기술| 2021.01.02| 9페이지| 2,000원| 조회(208)

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전기전자공학 및 실습 PN접합다이오드 실험 레포트

전기전자공학 및 실습 보고서1. 회로이론 실습1. 실험목적PN 접합 다이오드의 동작과 순방향, 역방향의 전압-전류 특성에 대해 공부하고, 멀티미터와 저항, 파워서플라이, 다이오드를 이용하여 회로를 구성하여 본다. 전압에 변화를 주면서 저항의 양단 간의 측정값을 계측해보는 과정을 순방향 전압과 역방향 전압 두 번에 거쳐 시행한다. 옴의 법칙을 이용하여 전압의 변화에 따른 전류의 변화를 계산하고, 이를 그래프를 통해 나타내어봄으로서 접합 다이오드와 이를 응용한 실험에 대한 전반적인 이해도를 높인다.2. 이론 및 배경2-1) 반도체 PN 접합 다이오드P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 접합 다이오드를 만든다. PN 접합 다이오드는 한 방향으로만 전류를 잘 흐르게 하는 전기적인 특성을 가진다. N형에 전지의 음단자, P형에 전지의 양단자를 연결하여 전류를 흐르게 하는 경우를 순방향 바이어스라고 부르는데, 순방향 바이어스를 걸게 되면, p형과 n형 반도체에 각각 존재하는 양공과 전자가 모두 pn접합 다이오드의 접합부쪽으로 옮겨가게 된다. 따라서 p형 반도체의 양공은 n형 반도체로 옮겨가고, n형 반도체의 전자는 p형 반도체로 옮겨 가므로 pn접합부를 지나는 전류가 흐르게 된다. 이 때 흐름이 큰 순방향 전류가 되기 때문에 전류가 잘흘러 다이오드는 적은 순방향 저항을 갖게 된다.역방향 바이어스는 반도체 다이오드에서 바이어스 전압을 걸 때, p형 반도체쪽에 음의 전위, n형 반도체 쪽에 양의 전위를 걸어준 바이어스 방향을 나타낸다. 역방향 바이어스 접속의 경우 p형과 n형 반도체에 각각 존재하는 양공과 전자가 모두 pn접합 다이오드 양쪽 극단으로 옮겨가게 된다. 따라서 전지의 양(+)단자가 n형 반도체의 자유전자를 끌어당겨 pn접합면으로부터 멀어지게 되고, p형 반도체의 양공은 p형 반도체의 끝으로, n형 반도체의 전자는 n형 반도체의 끝으로 옮겨가 pn접합부에 아주 소량의 전류만이 흐르거나, 전류가 흐르지 않게 된다.다이오드의 기호 및 단면은 다음과 같다.2-2) 순방향과 역방향 전압-전류 특성순방향 전압이란 반도체에서 전류가 흐르기 쉬운 방향으로 가한 전압을 말하며, pn 접합에서는 p형 부분이 +, n형 부분이 ?가 되도록 가한 전압을 말한다. 이러한 순방향 영역에서 전류가 갑자기 증가하기 시작하는 전압을 문턱전압이라고 한다. 역방향 전압은 pn접합에서 p측이 -, n측이 +가 되는 방향의 전압으로 전류가 거의 흐르지 않는 전압을 말한다. 이 역방향 전압의 크기가 어느 한계를 넘으면, 애벌란시항복을 일으켜 큰 전류가 흐르게 되는데 이 때의 전압을 항복전압이라고 한다. 이 때 다이오드가 파괴될 수 있기 때문에 다이오드는 안전 영역 내에서 동작시켜야 하는데, 안전동작 한계는 최대 순방향전압(V _{FM}), 최대 역방향전압(V _{rm } _{R`M}), 최대 순방향 허용전류(I _{FM})이하로 규정되어 있다. 다이오드의 전류 식과 Si과 Ge 다이오드의 대표적인 순방향 전압-전류 특성곡선은 다음과 같다.3. 실험 방법① 저항 330OMEGA 과, 멀티미터, 파워서플라이, PN 접합 다이오드를 준비한다.② 저항과 멀티미터, 점퍼선, PN 접합 다이오드를 이용해 다음과 같은 회로를 구성한다.③ 멀티미터의 (+)단자를 다이오드의 p극에, (-)단자를 n극에 연결한다.④ 파워서플라이에서 전압(V _{F})에 0.45~0.7V까지 0.05V의 변화를 주면서 저항(R _{1})의 양단 간의 전압(V _{R _{1}})을 표에 기록한다.⑤ 측정값(V _{R _{1}})과 저항값(R _{1}=330OMEGA )을 토대로 옴의 법칙을 이용하여 전류(I _{F})를 계산한다.4. 실험 결과 및 분석1.저항의 측정값표시값측정값R _{1}330 ohm 324.67 ohmR _{2}330 ohm 324.67 ohm저항은330 ohm 의 저항을 사용하였으며 멀티미터를 통한 측정값은 위와 같다.2. 순방향 다이오드V _{F}V _{R1}(측정값)I _{F}(계산값)0.45V0.0001V3.08 TIMES 10 ^{-7}0.50V0.0002V6.16 TIMES 10 ^{-7}0.55V0.0006V1.84 TIMES 10 ^{-6}0.6V0.0042V6.16 TIMES 10 ^{-7}0.65V0.0210V1.294 TIMES 10 ^{-5}0.7V0.15V4.62 TIMES 10 ^{-4}순방향 다이오드에서 측정을 했을 때, 측정값은 다음과 같이 나왔으며 0.7V에서 전류가 증가하는 모습을 보였다.이를 통해 순방향 다이오드가 연결 되었을 때 특정 전압을 넘으면 전류가 원활하게 흐르는 것을 확인 할 수 있었다.3. 역방향 다이오드V _{F}V _{R1}(측정값)I _{F}(계산값)0.45V0.0001V3.08 TIMES 10 ^{-7}0.50V0.0001V3.08 TIMES 10 ^{-7}0.55V0.0001V3.08 TIMES 10 ^{-7}0.6V0.0001V3.08 TIMES 10 ^{-7}0.65V0.0001V3.08 TIMES 10 ^{-7}0.7V0.0001V3.08 TIMES 10 ^{-7}역방향 다이오드로 연결시켜서 측정하였을 때, 측정값은 다음과 같이 전류값에 영향없이 항상 일정하게 작은 전류가 흐르는 것을 모습을 보였다.

공학/기술| 2021.01.02| 6페이지| 2,000원| 조회(231)

전자, 다이오드, 레포트, 실험, 전기, PN접합다이오드, 과제, 실습, 접합다이오드, 전기전자공학

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