전기회로 설계 실습 ㅡ 설계실습 계획서(예비보고서)설계실습 2. 전원의 출력저항, DMM의 입력저항 측정회로 설계목적건전지의 출력저항과 DMM의 입력저항을 측정하는 회로를 설계, 제작, 측정하고 DC Power Supply의 사용법을 익힌다.부하효과(Loading effect)를 이해한다.준비물*기본 장비 및 선Function generator : 1대DC Power Supply(Regulated DC Power supply(Max 20 V 이상) : 1대Digital Oscillo 오실로스코프(Probe 2개 포함) : 1대Digital Multimeter(이하 DMM,220V 교류전원 사용) : 1대40cm 연결선 : 빨간 선 4개, 검은 선 4개(한쪽은 계측기에 꼽을 수 있는 잭, 다른 쪽은 집게)Breadboard(빵판) : 1개점퍼와이어 키트 :1개설계실습 계획서3.1 (a) 건전지의 내부저항이 어느 정도일 것 같은가?이론적으로 건전지의 내부저항은 0Ω이지만 실제로는 분명 내부저항이 존재할 것이다. 또한 건전지는 출력장치이므로 내부저항인 출력저항의 크기는 매우 작을 것으로 예상할 수 있다.(b) 건전지(6V)의 내부저항을 측정하는 회로와 절차를 설계하여 제출하라. 단, 가능한 측정에 의해 전력소비가 최소가 되도록 10Ω 저항과 Pushbutton을 사용하라. 전류가 흐를 때 10Ω 저항에서 소비되는 전력을 구하라.앞의 그림은 건전지의 내부저항을 측정하기 위한 회로도이고, 절차는 다음과 같다.1. 구상한 회로도와 같이 회로를 구성한다.DMM의 검은 선은 COM단자에, 빨간 선은 V단자에 꽂고 측정단위를 V로 맞춘다.2. 6V배터리의 전압과 10Ω 저항 값을 DMM으로 측정한다.3. 의 공식에 측정값을 대입하여 내부저항을 구한다.이 때 pushbutton을 사용하는 이유는 저항의 크기들이 비교적 작기 때문에 많은 전류가 흘러 회로가 타거나 많은 에너지가 소모될 수 있으므로 짧은 시간 안에 측정하기 위해서이다. 실제로 10Ω 저항에서 소비되는 전력은 과 옴의 법칙에 의하여 3.6(W)임을 구할 수 있다.3.2 (a) 10Ω의 저항에 1V를 인가하면 전류는 몇 mA인가?옴의 법칙 을 사용하여 구한다. 0.1A 즉, 100mA의 전류가 흐른다.(b) DC Power Supply의 Output 1의 출력전압을 1V, 최대출력전류를 10mA로 조정한 상태에서 그 출력단자에 10Ω의 저항을 연결하면 어떤 현상이 일어나겠는가?출력전압이 1V이고 10Ω의 저항이 연결되면 최대전류인 10mA가 흐르게 될 것이고 출력전압은 저항 연결전의 전압 1V에서 감소하여 0.1V가 되어 지시판에 빨간 불이 켜질 것이다. 이때 최대전류를 증가시켜야 1V를 얻을 수 있다.3.3 DC power supply의 output 1을 5V, output 2를 10V로 조정하고 DMM으로 두 (+)단자사이의 전압을 측정하면 몇 V로 측정되겠는가? 또 그 이론적 근거를 제시하라.output 1과 output 2의 +단자 사이의 전압은 기준이 다르므로 정의할 수 없다. 각 채널의 단자쌍은 독립적으로 조정이 가능하고, -단자는 서로 연결되어 있지 않기 때문이다.3.4 3.3과 같은 상황에서 output 2의 (+)단자가 output 1의 (+)단자보다 5V 높게 되는 회로에 이 전압을 측정하기 위해 DMM을 추가한 회로를 설계하여 제출하라.output 1과 output 2의 -단자를 연결하여 기준이 같게 만든 후 DMM을 이용하여 전압을 측정한다.3.5 공통기준점에 대해 output 1은 5V, output 2는 -10V가 되는 회로에 이 전압을 측정하기 위한 DMM을 추가한 회로를 설계하여 회로도를 제출하라. 단 회로도에 기준점을 표시하라.output 1의 -단자와 output 2의 +단자를 연결하여 공통 기준이 되게 한다. 그리고 output 1의 출력전압을 5V로 설정하면 output 1의 +단자는 기준보다 5V 높게 되고, output 2의 출력 전압을 10V로 하면 output 2의 -단자는 기준보다 10V 낮게 된다.3.6 (a) (+)출력단자에 22MΩ 저항의 한쪽만 연결하였을 때 22MΩ 저항의 다른 쪽의 전압은 이론적으로 얼마인가?이론적으로는 저항의 크기와 상관없이 연결하지 않은 쪽의 전압은 입력전압인 5V와 같다. 하지만 실제로 DMM을 통해 전압을 측정하면 DMM 내부의 저항으로 인해 전압이 분배되어 5V보다 낮게 측정될 것이다.(b) (+) (-) 출력단자 사이에 두 개의 10kΩ 저항을 직렬로 연결했을 때 각 저항에 걸리는 전압은 얼마인가?전압분배법칙에 의하여 이다. 두 저항에 걸리는 전압의 합은 입력전압인 5V와 같다.(c) 출력단자 사이에 두 개의 22MΩ 저항을 직렬로 연결했을 때 각 저항에 걸리는 전압은 얼마인가?저항의 크기에 상관없이 위와 같이 전압분배법칙에 의하여 각 저항에 2.5V가 걸리게 된다. 하지만 이 이론값은 DMM 내부저항을 고려하지 않은 값이기 때문에 실제 측정 시에는 전압이 더 낮게 나올 것이다.3.7 실내에 여러 개의 220V power outlet(소켓)이 있는 경우에 대해 벽면 내의 배선도를 그려서 제출하라. 실효치의 정의를 서술하라.실내에 여러 개의 220V 소켓을 설치할 때는 모두 병렬로 연결하는 것이 좋다. 직렬로 연결 시에는 전압강하가 발생하여 정상적으로 동작하지 않을 수 있고, 하나의 부하가 단선되면 전체가 사용할 수 없게 된다. 실내에 4개의 소켓을 설치할 때 벽면 내의 배선도는 아래와 같다.(OrCAD를 이용하여 쉽게 그려볼 수 있다. 220V power outlet을 찾지 못하여 모형으로 대체한다.)동일한 저항회로에 직류와 교류를 동일시간 인가하였을 때 소비되는 전력량이 같은 경우 이때의 직류값을 정현파 교류의 실효값으로 정의한다.
