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전기회로설계실습 11. 공진회로(Resonant Circuit)와 대역여파기 설계

설계실습 11. 공진회로(Resonant Circuit)와 대역여파기 설계목적 RLC 공진 회로를 이용한 Bandpass, Bandstop filter를 설계, 제작, 실험한다.준비물*기본 장비 및 선Function generator: 1 대DC Power Supply: 1대Digital Oscillo오실로스코프(Probe 2 개): 1 대Digital Multimeter: 1 대*부품리드저항(10 Ω, 1 ㏀, 1/4 W, 5%): 2 개가변저항(20 ㏀, 2 W): 2개커패시터(10 ㎋ ceramic disc): 2개인덕터(10 mH 5 %): 2개설계실습 계획서3.1 RLC 직렬회로에서 임피던스 이며, 주파수 가 공진주파수 일 때, 이다. 따라서 이를 이용하여 임을 알 수 있다. 공진 주파수는 이므로, 캐패시턴스가 C=10nF=10^-8F일 때, 인덕턴스는 L=10^-2H=0.01H가 된다. Q의 정의에 따라 임을 알 수 있다. 즉, Q가 1일 때, 저항값 R=1kΩ, Q가 10일 때 R=100Ω이다. 이를 이용하여 RLC 직렬 Band-pass Filter 회로를 설계하면 다음과 같다.주파수100Hz1.0kHz5.5kHz10㎑15.1kHz16.0kHz17.0kHz26.0kHz38.0kHz50.0kHz100kHzBand-pass Filter의 전달 함수의 크기와 위상은 위 그래프와 같다. (파란색 : Q=1, 빨간색 : Q =10)측정할 주파수와 정보는 위 표와 같다.3.2직렬 공진회로와 전달함수를 측정하기 위한 연결상태는 위와 같다. 측정방법은 위와 같이 회로를 구성하고 CH1, CH2를 각각 연결하면 CH1에서는 FG의 전압이 측정되고, CH2에서는 저항 전압이 측정된다. 전달함수의 크기가 이므로 이를 활용해 CH1과 CH2의 극대값을 나누어 주면 전달함수의 크기를 측정할 수 있다.3.3주파수100Hz1.0kHz5.5kHz10㎑15.1kHz16.0kHz17.0kHz26.0kHz38.0kHz50.0kHz100kHzQ-factor가 1일 때,=15.92kHz따라서 측정할 주파수는 위와 같다.3.4 직렬공진회로와 전달함수를 측정하기 위한 연결상태는 아래와 같다. 측정방법은 위와 같이 회로를 구성한 뒤 CH1, CH2를 각각 인덕터와 저항에 연결하면 CH1에서는 Function Generator의 전압이 측정되고, CH2에서는 저항 전압이 측정된다. 전달함수의 크기가 이므로 이를 활용해 CH1과 CH2의 극대값을 나누어 주면 전달함수의 크기를 측정할 수 있다.

공학/기술| 2024.08.21| 4페이지| 1,000원| 조회(120)

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전기회로설계실습 12. 수동소자의 고주파특성측정방

설계실습 12. 수동소자의 고주파특성측정방목적 저항, 커패시터, 인덕터의 고주파 특성을 측정하는 회로를 설계하고 실험을 통하 여 등가회로를 이해하며 이들 소자들이 넓은 주파수영역에서 어떻게 동작하는지 실험적으로 이해한다.준비물*기본 장비 및 선Function generator: 1 대DC Power Supply(Regulated DC Power supply(Max 20 V 이상): 1대Digital Oscillo오실로스코프(Probe 2 개 포함): 1 대Digital Multimeter(이하 DMM, 220V 교류전원 사용): 1 대40 cm 연결선: 빨간 선 4개, 검은 선 4개 (한쪽은 계측기에 꼽을 수 있는 잭, 다른 쪽은 집게)Breadboard(빵판): 1 개 점퍼와이어 키트: 1 개*부품리드저항(10 ㏀, 1 ㏀, 1/4 W, 5%): 2 개가변저항(20 ㏀, 2 W): 2개커패시터(100 ㎋ ceramic disc): 2개인덕터(10 mH 5 %): 2개설계실습 계획서3.0저항, 캐패시터, 인덕터의 고주파 특성을 측정하는 회로는 아래 그림과 같다. 저항을 기준으로 하고 주파수 값을 바꿔가며 고주파 특성을 확인한다.3.1R=10㏀, C=0.1uF가 직렬로 연결된 회로의 주파수 응답을 보고자 할 때, R, C연결에 3cm 전선이 4개가 사용되었다면, 1cm당 0.05uH이므로 3cm 전선 4개를 사용하였으므로 12cm, 즉 0.6uH의 인덕터 성분을 가질 것이다. 식 에 주파수를 입력하고 인덕터와 캐패시터 값을 대입한 뒤, 주파수 값을 높이면 값이 점점 작아지다가 어느 순간 증가하는데, 그때의 주파수가 약 600kHz이다. 또한 공진 주파수 를 계산하면 약 650kHz가 된다. 따라서 600kHz 이상의 값에서 인덕터의 영향이 나타난다고 볼 수 있다.3.2캐패시터와 저항을 직렬 연결한 HPF에서 R의 출력전압을 측정하여 전달함수를 구하면 주파수가 점점 증가하면서 전달함수의 크기도 증가한다. 그러나 주파수 값이 많이 커지게 되면 HPF의 특성과는 다르게 전달함수의 크기가 감소하는 양상을 보이는데, 이는 LPF의 특성이므로 이때의 주파수에서부터 인덕터의 영향이 나타난다는 것을 알 수 있다. 따라서 scope를 이용하여 전달함수의 크기가 작아지는 구간을 확인해야 한다.3.3R = 10 ㏀, C = 0.1 ㎌가 직렬로 연결된 회로에 교류신호가 입력될 때 입력전압에 대한 저항에 걸리는 전압의 크기의 비를 R, C만 고려하고자 한다.위 작성한 식을 바탕으로 그래프를 아래에 나타내었다.그래프의 가로축은 frequency, 세로축은 transfer function, H이다. frequency가 증가함에 따라, 그래프의 기울기가 증가하나, frequency가 약 10^2를 넘어가는 순간부터는 기울기가 감소하는 것을 관찰 가능하다. 그러나 그래프는 1에 수렴하며, frequency가 커져도 감소함수가 되지 않았다.위상차를 주파수의 함수로 나타내고자 한다.위에 작성한 식을 바탕으로 그래프를 아래에 나타내었다.그래프의 가로축은 frequency, 그래프의 세로축은 degree이다. 즉, R과 C만을 고려한다면 부호가 바뀌지 않음을 확인할 수 있었다.3.4R = 10 ㏀, L = 10 mH가 직렬로 연결된 회로에 교류신호가 입력될 때 입력전압에 대한 저항에 걸리는 전압의 크기의 비를 R, L만 고려하 여 주파수의 함수로 나타내고자 한다.위에 작성한 식을 바탕으로 그래프를 아래에 나타내었다.R과 L만을 고려한다면 주파수가 커져도 증가함수가 되지 않을 것이다.위상차를 주파수의 함수로 나타내고자 한다.위에 작성한 식을 바탕으로 그래프를 아래에 나타내었다.R과 L만을 고려하였으므로 주파수가 커져도 위상차의 부호는 바뀌지 않을 것이다.

공학/기술| 2024.08.21| 4페이지| 1,000원| 조회(80)

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전기회로설계실습 10. RLC 회로의 과도응답 및 정상상태응답

설계실습 10. RLC 회로의 과도응답 및 정상상태응답목적 저항, 인덕터, 커패시터로 구성된 RLC회로의 과도응답 및 정상상태응답을 이해하고 실험으로 확인한다.준비물*기본 장비 및 선Function generator: 1 대DC Power Supply(Regulated DC Power supply(Max 20 V 이상): 1대Digital Oscillo오실로스코프(Probe 2 개 포함): 1 대Digital Multimeter(이하 DMM, 220V 교류전원 사용): 1 대40 cm 연결선: 빨간 선 4개, 검은 선 4개 (한쪽은 계측기에 꼽을 수 있는 잭, 다른 쪽은 집게)Breadboard(빵판): 1 개 점퍼와이어 키트: 1 개*부품리드저항(10 Ω, 1/4 W, 5%): 2 개가변저항(20 ㏀, 2 W): 2개커패시터(10 ㎋ ceramic disc): 2개인덕터(10 mH 5 %): 2개설계실습 계획서3.1 공진주파수는 이다.감쇠상수는 이다.진동 주파수 이다.3.2노란색은 입력파형, 남색은 캐패시터, 빨간색은 인덕터 연두색은 저항에 걸리는 전압이다.3.3노란색은 입력파형, 남색은 캐패시터, 빨간색은 인덕터 연두색은 저항에 걸리는 전압이다.3.4 임계 감쇠의 조건은 이다. 따라서 으로 저항값은 2kΩ이다.3.5 저감쇠의 경우 R의 값을 증가시키면 진동주파수가 점점 작아지는 모습을 보이다가 의 상황, 즉 진동할 듯 말 듯 보이는 임계상황이 된다. 이때의 저항을 측정하면 된다.3.6 RLC 직렬회로에서 CH1에 입력전압파형이, CH2에 R에 걸리는 전압파형이 나타나도록 측정하는 연결도는 아래와 같다.3.9남색은 입력 파형, 노란색은 캐피시터, 보라색은 저항, 녹색은 인덕터에 걸리는 파형이다. 세 소자의 VMax는 저항, 인덕터, 캐패시터 순서로 각각 210.941mV, 13.383mV, 972.848mV이다. 캐패시터는 입력파형보다 40us늦는다. 저항은 입력파형보다 110us정도 빠르다. 인덕터는 540us만큼 늦는다.3.10 공진주파수를 구하는 공식은 다음과 같다.C의 전압이 최대가 되는 입력주파수는 공진주파수이다. 따라서 가 최대가 되는 입력주파수는 10^5 [rad/s]이다.

공학/기술| 2024.08.21| 3페이지| 1,000원| 조회(147)

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전기회로설계실습 9. LPF와 HPF 설계

설계실습 9. LPF와 HPF 설계전자전기공학부 20224219 정다인목적 Thevenin등가회로를 설계, 제작, 측정하여 원본 회로 및 이론값과 비교한다.준비물*기본 장비 및 선Function generator: 1 대DC Power Supply(Regulated DC Power supply(Max 20 V 이상): 1대Digital Oscillo오실로스코프(Probe 2 개 포함): 1 대Digital Multimeter(이하 DMM, 220V 교류전원 사용): 1 대40 cm 연결선: 빨간 선 4개, 검은 선 4개 (한쪽은 계측기에 꼽을 수 있는 잭, 다른 쪽은 집게)Breadboard(빵판): 1 개 점퍼와이어 키트: 1 개 Digital Multimeter: 1 대*부품가변저항(20 ㏀, 2 W): 1개커패시터: 10 ㎋ ceramic disc 1개인덕터: 10mH 5 % 1개Ω설계실습 계획서3.1 제시된 cutoff frequency가 15.92kHz이다. 이므로 이다. LPF에서 이고 이므로 저항값은 999.7Ω이다. 따라서 출력단자를 표시한 회로도는 아래와 같다.3.2 LPF의 전달함수의 크기와 위상에 대한 그래프는 각각 아래와 같다.3.3-(a) 입력파형과 출력파형의 그래프는 아래와 같다.3.3-(b)출력전압은 이고,따라서 출력전압의 크기는 이다.입력에 대한 위상(각도)는 이고,입력에 대한 위상(시간)은 s이다.3.4-(a) 입력전압과 출력전압을 오실로스코프에서 동시에 관찰하려면 아래 그림과 같이 연결하면 된다.3.4-(b) 주파수 가 10㎑이기 때문에 주기는 이다. 따라서 화면에 두 파장 정도가 보이게 하기 위해 선 적어도 까지는 볼 수 있어야 하므로, Time/DIV를 보다 작은 값인 정도로 설정하는 것이 적당하다.3.4-(c) Trigger mode는 Mode/Auto로, Trigger source는 CH2-Source/CH2로 하며, Trigger Coupling는 DC성분이 없는 AC성분의 정현파이기 때문에 Coupling/DC과 Coupling/AC가 동일한 결과를 나타낼 것이다. Input Coupling는 앞서 설명한 Trigger mode와 마찬가지로 DC성분이 없기 때문에 DC Coupling, AC Coupling, Ground Coupling 중 어떤 것을 사용하던지 결과는 동일할 것이다.3.4-(d) 최대 전압은 1V, 최저 전압은 –1V이므로 VOLTS/DIV는 25mV로 설정하면 적당하다.3.4-(e) 버튼의 버튼을 눌러 맨 밑의 를 누르면 된다. 이후 리사주 패턴을 보는 모드를 선택한다.3.4-(f) 입력전압과 출력전압 모두 정현파이므로, 변하는 범위가 정해져 있는 연속적 함수이다. 따라서 X-Y mode는 타원 형태가 나올 것이다.3.5 제시된 cutoff frequency가 15.92kHz이다. 이므로 이다. HPF에서 이고 이므로 저항값은 1000.3Ω이다. 따라서 출력단자를 표시한 회로도는 아래와 같다.3.6 HPF의 전달함수의 크기와 위상에 대한 그래프는 각각 아래와 같다.3.7-(a) 입력파형과 출력파형은 아래의 그래프와 같다.3.7-(b) 출력전압은 이고,따라서 출력전압의 크기는 이다.입력에 대한 위상(각도)는 이고,입력에 대한 위상(시간)은 s이다.3.8-(a) 입력전압과 출력전압을 오실로스코프에서 동시에 관찰하려면 아래 그림과 같이 연결하면 된다.3.8-(b) 주파수 가 10㎑이기 때문에 주기는 이다. 따라서 화면에 두 파장 정도가 보이게 하기 위해 선 적어도 까지는 볼 수 있어야 하므로, Time/DIV를 보다 작은 값인 정도로 설정하는 것이 적당하다.3.8-(c) Trigger mode는 Mode/Auto로, Trigger source는 CH2-Source/CH2로 하며, Trigger Coupling는 DC성분이 없는 AC성분의 정현파이기 때문에 Coupling/DC과 Coupling/AC가 동일한 결과를 나타낼 것이다. Input Coupling는 앞서 설명한 Trigger mode와 마찬가지로 DC성분이 없기 때문에 DC Coupling, AC Coupling, Ground Coupling 중 어떤 것을 사용하던지 결과는 동일할 것이다.3.8-(d) 최대 전압은 1V, 최저 전압은 –1V이므로 VOLTS/DIV는 25mV로 설정하면 적당하다.3.8-(e) 버튼의 버튼을 눌러 맨 밑의 를 누르면 된다. 이후 리사주 패턴을 보는 모드를 선택한다.3.8-(f) 입력전압과 출력전압 모두 정현파이므로, 변하는 범위가 정해져 있는 연속적 함수이다. 따라서 X-Y mode는 타원 형태가 나올 것이다.3.9 주파수에 따른 여파기의 전달함수를 살펴보면 RC회로는 주파수가 15.92kHz보다 커질 때 전달함수의 변화율이 급격히 변하며 15.92kHz보다 작은 경우 거의 변화가 없다. 반면 RL회로에서는 주파수가 15.92kHz보다 작을 때 전달 함수의 변화율이 급격히 변하며 15.92kHz보다 큰 경우에는 변화가 거의 없다. 따라서 변화가 거의 없는 구간의 경우 주파수 간격을 달리하여 확인하고, 변화가 많은 구간의 경우 주파수 간격을 세밀하게 확인하여야 한다. 캐패시터의 경우에는 10Hz, 100Hz, 1kHz, 10kHz, 15.92kHz 이후로는 10kHz의 간격으로, 인덕터의 경우 15.92kHz이하로는 3kHz간격으로 관찰한다.

공학/기술| 2024.08.21| 6페이지| 1,000원| 조회(192)

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전기회로설계실습 8. 인덕터 및 RL회로의 과도응답(Transient Response)

설계실습 8. 인덕터 및 RL회로의 과도응답(Transient Response)목적 주어진 시정수를 갖는 RL회로를 설계하고 이를 측정하는 방법을 설계한다.준비물*기본 장비 및 선Function generator: 1 대DC Power Supply(Regulated DC Power supply(Max 20 V 이상): 1대Digital Oscillo오실로스코프(Probe 2 개 포함): 1 대Digital Multimeter(이하 DMM, 220V 교류전원 사용): 1 대40 cm 연결선: 빨간 선 4개, 검은 선 4개 (한쪽은 계측기에 꼽을 수 있는 잭, 다른 쪽은 집게)Breadboard(빵판): 1 개 점퍼와이어 키트: 1 개*부품리드저항: 22MΩ, 1/4 W, 5% 2개가변저항: 20 ㏀ , 2 W급 2개인덕터(10 mH): 2 개커패시터(10 ㎋ ceramic disc): 1개설계실습 계획서3.0 Time constant 이므로 으로 가정하면 이다. 따라서 회로도는 아래와 같다.3.1 예상방출시간 이고 에너지 최대 방출 및 저장 시간은 이다. 즉 파형의 주기는 정도가 적당하므로 주파수는 이다. 즉 이때의 IV값(저항의 전압값)을 구하면, 전원전압이 5V일때는 이고, 전원전압이 0V일때는 이다. 마찬가지로 인덕터 전압을 구할 때, 전원전압이 5V일때는 이고, 전원전압이 0V일때는 이다. 해당 수치를 그래프로 나타내면 아래와 같다.3.2사각파의 주기를 로 설정하였으므로, Time/DIV를 로 하는 것이 파형을 약 두 번 정도 확인할 수 있기 때문에 적당하다. 또한 Volts/DIV는 그래프의 최고 전압이 0.5V 최저 전압이 -0.5V이기 때문에 0.2V정도면 파형 확인이 용이하다.3.33.4 DC offset을 0으로 하였을 때 예상 파형은 아래와 같다.3.5 저항에서 나온 전류는 CH1, 접지, function generator 순서로 흐른다. 따라서 인덕터는 Short상태가 되며 즉, function generator와 저항만이 연결된 회로가 된다. 그러므로 CH1의 파형은 Function Generator의 파형이 그대로 나오게 되나, 인덕터로 흐르는 약간의 전류로 인하여 실제로는 그래프에 노이즈처럼 약간의 떨림이 존재할 수 있다.3.6 인덕터에서 에너지 저장 및 방출을 위한 시간은 로 주파수의 주기가 가 되어야하나, 가 주기이므로, 시간이 충전하지 않게 된다. 따라서 이렇게 주기가 짧아지면 인덕터에 완전히 에너지가 충전되기도 전에 저항에 의해 에너지를 방출하게 되면, 방출하는 시간 또한 짧아 에너지가 완전히 방출되기 전에 저항에 의해 에너지가 다시 충전되기 때문에 아래와 같은 파형이 나오게 된다. 좌측은 인덕터 전압 우측은 저항 전압이다.

공학/기술| 2024.08.21| 4페이지| 1,000원| 조회(1,117)

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