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서강대학교 기초회로이론 project

기초회로이론 실습과제1. 회로도 & 파형그림 SEQ 그림 * ARABIC1그림1 과 같이 회로를 구성하였다. 이에 따른 파형은그림 SEQ 그림 * ARABIC2그림 2와 같이 나오는 것을 있었다. Average voltage는 대략적으로 13~15V이 되는 것을 확인할 수 있으며 ripple은 조금 크게 나오긴 했지만, 이는 S2의 VOFF와 VON의 크기를 조절함으로써 조절할 수 있다. load resistance는 100Ω으로 설정하였으며 inductance의 값은 10uH로 설정하였다. rising time은 대략 10ms가 채 되지 않게 파형을 측정할 수 있었다. 우선 capacitor의 값은 inductance의 값보다 크게 설정하는 것을 목표로 하였다. 값을 정할 때 rising time, steady-state에서의 전압 값을 고려해 주며 실제 식을 풀어서 계산하였고, L,C,V값의 조절을 통해 그림 2와 같은 파형을 얻을 수 있었다.이와 같은 간단한 실습과제를 통해 PSpice에 대한 간단한 동작 원리와 작동법을 익힐 수 있었고, 후에 많이 사용될 프로그램을 미리 사용해 봄으로써 뜻깊은 실습과제였다.

공학/기술| 2020.11.04| 2페이지| 1,000원| 조회(282)

orcad, pspice, 기초회로이론

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서강대학교 기초전자회로실험 4주차

제목: 실험6. 키르히호프의 법칙실험결과(1) 전압법칙그림 6-3. 직렬회로 실험.그림 6-4. V=V1+V2+V3+V4+V5의 키르히호프의 전압법칙 적용.표 6-2. 키르히호프의 전압 법칙.실험순서V [V]V1 [V]V2 [V]V3 [V]V4 [V]V5 [V]V1+V2+V3+V4+V5과정②151.01.84.87.1X14.70이론값②15.001.0781.8304.9017.190X15.00과정④14.900.420.52.822.38.814.84이론값 ④15.000.43000.52002.8402.3368.77414.90(2) 전류법칙그림 6-5. 키르히호프의 전류법칙.표 6-3. 키르히호프의 전류 법칙.IT(A점)I2I3IT(B점)IT(C점)I5I6I7IT(D점)I2+I3I5+I6+I7전류[mA]1.260.920.351.31.280.550.440.2151.281.271.205이론값1.3000.93950.35081.2901.2900.59880.45790.23351.2901.2901.290결과분석 및 토의(1) 결과분석1) 전압법칙키르히로프의 법칙은 크게 두가지로 나뉠 수 있다. 그 중에 하나는 KCL이라고 불리는 키르히호프의 전류 법칙이며, 이는 임의의 마디에 흘러들어가는 전류의 대수적 총합은 0이다 라는 것을 말해준다. 이 법칙을 수식으로 나타내면 다음과 같다.여기서 는 j번째 가지를 통하여 마디로 흘러들어 가는 j번째 전류이며 N은 그 마디에 연결된 가지의 수이다.또한 나머지 한 가지의 법칙은 KVL이라 불리는 키르히호프의 전압 법칙이다. 이 법칙은 임의의 폐경로에 대한 전압의 대수적 총합은 0이다 라는 것을 말하고 있다.이 두가지 법칙을 알고 위 회로를 분석해 본다면, 우선 그림 6-5 회로에서 임의의 폐경로에 대한 전압의 대수적 총합이 0이므로, Power supply로 구성한 전압과, 각 저항에 걸리는 전압의 대수적 총합이 0 이어야 한다. 우리는 V에 15V를 인가해 주었으며, 이론적으로 저항 R1, R2, R3, R4에는 각각 1.078V, 1.830V,살펴보면 IT(C)는 들어가는 전류이며 I5, I6, I7 은 나가는 전류임을 알 수 있다 따라서IT(C) = I5+ I6+ I7 이 성립하여야 한다. 아래 표에 각 전류 값과 오차 값을 나타내었다.IT(C)[mA]I5+I6+I7[mA]오차이론값1.2901.2900실험값1.2801.2055.814오차0.77526.589위에 표에서 봤을 때 , IT(C)와 I5+ I6+ I7의 오차가 5.814로 다소 높은 것을 확인할 수 있다. 오차의 원인은 아래에서 다루겠다. 비록 적지 않은 오차가 있지만, KCL이 성립한다고 볼 수 있다.네 번째 NODE D마지막으로 네 번째 NODE를 살펴보면 IT(D)는 나가는 전류이며 I5, I6, I7 은 들어오는 전류임을 알 수 있다 따라서IT(D) = I5+ I6+ I7 이 성립하여야 한다. 아래 표에 각 전류 값과 오차 값을 나타내었다.IT(D)[mA]I5+I6+I7[mA]오차이론값1.2901.2900실험값1.2801.2055.814오차0.77526.589여기서는 IT(D)와 IT(C)가 실험에서 같은 값을 나타냈기 때문에 오차도 똑같이 나왔다. 물론 오차가 크긴 하지만 KCL이 성립한다는 것을 알 수 있다.브레드보드에 회로를 구성하였고, IT(A)를 구하기 위해 회로를 OPEN하였다.같은 회로이며, I3을 구하기 위해 회로를 OPEN하였다.이번엔 I2를 구하기 위해 회로를 OPEN 하였다.IT(C)를 측정하기 위해 회로를 OPENI5를 측정하기 위해 회로를 OPENI6을 측정하기 위해 회로를 OPENI7을 측정하기 위해 회로를 OPENIT(D)을 측정하기 위해 회로를 OPEN(2) 토의사항우선 각 실험에서의 오차의 원인에 대해 생각해보면 다음과 같다. 첫 번째로 이번 실험은 아날로그 멀티미터를 사용하여 측정을 하였는데, ①이 때문에 정확성이 떨어지며 ②아날로그 멀티미터에 나타난 측정치를 눈으로 읽어야 하므로 정확한 측정에 어려움이 있다. 또한 ③각 저항 소자는 ±5%라는 오차가 있으며, ④저항 중 하나(1500Ω)는 가변저항V와 1.163의 작은 오차를 가진다. 즉, 식이 성립함을 보인다.같은 방법으로 에 대한 식을 세워보면,이 되고,를 알아내기 위해 를 제외한 나머지 값들을 식에 대입하면,이 나오고, 이는 실험에서 얻은 5.9와 0.0678의 오차를 가지며, 즉 식이 성립함을 의미한다.또한, 에서 양변에 I를 곱하면 옴의 법칙에 의해위 식이 된다. 이 방법으로도 를 구할 수 있다.또한, 에서 양변에 I를 곱하면 옴의 법칙에 의해이 되고, 같은 방법으로 이므로, 이다.위 사진은 실험 회로를 피스파이스로 구성한 것이다. 여기서 알 수 있는 점은, 피스파이스에서 오른쪽에 보라색으로 적혀져 있는 전압이 각각 위에서부터값이라는 것이다.두 번째로는 같은 회로에서 전류를 1mA로 고정시키고 실험을 진행하였다.의해 I에 1mA를 넣고, 에 17300을 넣으면 V의 이론값은 17.3V가 나오게 된다. 우리는 power supply를 연결한 후 전압을 변화시켜가며, 전류가 1mA가 되는 지점을 찾았고, 그 전압이 측정값인 17.5V였다. 이론값과 측정값, 오차를 표로 정리하면 아래와 같다.V [V]I [mA]V1V2V3V4VBGVCGVDG측정값17.511.53.85.26.816126.8이론값17.301.0001.5003.9005.1006.80015.8011.906.800오차1.156002.5641.92301.2500.83330오차는 대부분 2%미만으로 꽤 정확한 실험을 한 것을 알 수 있다. 여기서도 위에서 사용했던 식과 같은 식을 사용할 수 있는데, 그 중 에 대한 식만 사용해 보면,이므로,이 나온다. 이는 우리가 실험으로 발견한 측정값과 오차가 0.1250이다. 이는 전압 분배가 잘 측정값과 오차가 0.1250이다. 이는 전압 분배가 잘 일어났다는 것을 보여 준다.실험 회로는 브레드보드에서 다음과 같이 구성할 수 있다.또한 전류를 측정하기위해 위와 같이 회로를 OPEN 시킨 후 전류를 측정한다.위 그림은 두 번째 실험을 피스파이스로 나타낸 것이다. 전압이 17.3V일 때(이론값일 때) 전류가, V2,V3,V4가 이론치보다 작게 나왔다.(2) 표 7-1과 실험순서 ④, ⑤를 고려할 때 측정치 V와 이론치 V는 어떠한 차이가 있는가?-이 실험에서는 직류 전원을 조정하여 전류를 1.000mA로 만들어야 하므로, 정확하게 직류 전원을 조정하는 것이 중요하다. 우리 조에서는 처음에 1.000mA가 되도록 만든 후 여러 번 다시 측정해 보면서 더욱 정확한 값을 만들었기 때문에 오차가 크게 나지 않았다. 하지만 다른 여러 오차 원인들 때문에 조금의 오차는 생길 수 밖에 없었다. 만약 전류를 1.000mA로 정확하게 만들지 않았다면, 오차가 많이 났을 것이고 (1)과 같이 전류값이 이론값보다 작게 나올 수도 있을 것이다.(3) 그림 7-2의 회로에서 전압 V1과 V2를 계산하는 방법 두 가지를 설명하라.-위에서 식을 유도하는 과정을 서술했으므로, 식만 쓰면 다음과 같다.또한, 간단히 모든 저항을 다 합쳐서 를 구한 후, 옴의 법칙을 사용해 I를 구하고, I와 를 곱하면 전압 V1과 V2를 계산할 수 있다.(4) 표 7-3을 참조하여 VBC /VAB와 RBC /RAB 의 값을 구하라. 이 값은 서로 같은가? 같다면 왜 그런가?이고, 이므로, 이다.같은 방법으로, 이므로 양 변을 나누면, 이다.실제로 이 값을 구하면, 이므로 값은 같다.5) 측정치 RAB, RBC 그리고 RAC의 값들 간의 관계를 표 7-3을 참조하여 설명하라.위에서 알아본 것처럼 전압분배에 의해 RAB +RBC =RAC가 된다. 이므로 여기서 양변에 I를 나누어 주면 식이 나오게 된다. 아니면 두 개의 저항이 직렬로 연결되어 있다고 생각해도 된다.(6) 표 7-3에서 저항의 측정치과 이론치와는 어떤 차이가 있는가?RBC의 오차는 0이 나왔으며, RAB의 오차는 1.818%가 나왔다. 이는 거의 정확히 일치하는 값인데, 오차를 줄이기 위해 전압과 저항의 비를 생각하며 계속 실험을 진행하였다.(7) 표 7-4에서 VAD와 VFC 가 의미하는 값은 무엇인가?이는 가 최대 최소를 가진다는 의미이다. V 0.4V이므로 옴의 법칙에 의해 가변저항에 흐르는 전류는 3.361mA이다. 이때 KCL을 이용하여 R1에 흐르는 전류를 구하면 6.361mA이며, KVL을 사용하여 를 계산하면6.561V가 나온다. 이는 우리가 계산했던 측정 가능 전압보다 살짝 높은 값이지만, 거의 유사한 값이라 볼 수 있다.-전압계우선 전류계의 내부 저항을 멀티미터를 이용해서 측정을 하였다. 측정값은 115이 나왔으며,전압계가 따로 없기 때문에 전류계에 저항을 연결하여 15V측정 가능한 전압계로 만들어 줘야 한다. 따라서 전류계와 저항을 직렬 연결하여 15V 전압계로 만들어 주었으며, 이때 필요한 저항의 값은 4.885kΩ가 나왔다.위 사진처럼 전류계와 저항(가변저항 사용)을 직렬로 연결하여 전압계를 만들었다. 이렇게 만들면 전류계의 한쪽 전선과(전류계의 프로브를 양 전선에 연결한 후 꽂았다) 가변저항의 한쪽 전선이 전압계의 양 프로브가 된다.우리는 값이 15V일 때 의 값이 14.57V가 나왔다.또한 전압계의 눈금은 최대 전압 측정범위/3을 하면 되므로, 5.023 V/mA임을 알 수 있다.우리가 꾸몄던 회로를 먼저 피스파이스로 표현해 보았다. 여기서 R5가 전류계이다.V1이 10V일 때 R1에 구하는 전압을 구하기 위해서는 우선 전류계에 걸리는 전류를 측정해야 한다. 만약 전류계에 걸린 전류가 이라면, 가변저항R4에 걸리는 전류 또한 이므로 R1의 전압은 (4922+115)이 될 것이다. 다른 하나의 방법은 우선 분배기 식에 의해 이므로, 와 에 값을 대입하면 n이 43.8이 나온다. 이는 전압계가 저항을 직렬연결 시키지 않았을 때 보다 43.8배 더 큰 전압을 측정할 수 있다는 의미이므로, 전류계에 걸리는 전압에 43.8을 곱해주면 역시 같은 V1값이 나올 것이다. 피스파이스 회로에 나와 있는 값들로 식을 써본다면,실제로 계산을 해 보면 둘 다 같은 값이 나온다.또한 를 15V로 올려주었을 때의 회로를 피스파이스로 구현해 보면 아래 그림과 같다.이번엔 전압계에 15kΩ을 추가로 직렬pt

공학/기술| 2020.08.12| 39페이지| 1,000원| 조회(135)

키르히호프의 법칙, 기초전자회로실험, 전압분배 회로

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서강대학교 기초전자회로실험 5주차

제목 : 실험9. 브리지 회로실험결과브리지 회로로 저항값 측정그림 9-1. 휘트스톤 브리지 회로.표 9-1. R2/R1=1일 때의 브리지 회로에 의한 저항 Rx의 측정. (ICD=0.2uA)저항1정격치1k허용오차 (%)5%측정치1k(2) AC 전압원(10Vp-p 1KHz)을 인가하였을 때 브리지 회로로 저항 값 측정그림 9-3. 휘트스톤 브리지 실험 회로(P1 : 채널1의 프루브, P2 : 채널2의 프루브).표 9-2. R2/R1=1일 때의 브리지 회로에 의한 저항 Rx의 측정.저항1정격치1K허용오차 (%)5%측정치1K표 9-3. 오실로스코프를 이용한 측정Peak to Peak 측정치채널 1채널 2(윗사진: 눈금당 5V아랫사진:눈금당100mV)회로 구성결과분석 및 토의결과분석9-1)위 우리는 미지의 저항 Rx를 찾기 위해 9-1과 같은 회로를 구성한다. 위 회로를 만들었다면, 가변저항인 R3의 값을 조절하면서 Rx의 저항 값을 찾을 수 있는데Rx= R2*R3/R1의 식을 사용해서 찾을 수 있다. 이 식이 성립했을 때, C점과 D점 사이의 전위차가 0이 되고 전위차가 0이 되므로 흐르는 전류가 0이 된다. 따라서 우리는 C점과 D점 사이에서 전류를 찾는데, R3값을 조절해 가면서 전류가 0이 되는 지점을 찾으면 된다. 여기서는 R1과 R2의 값이 동일하므로 Rx=R3이 되고 전류가 0이 될 때의 R3의 값을 읽으면 Rx값을 찾을 수 있다. 우리가 실험했던 회로에서는 Rx의 값을 1kΩ로 설정하였다. R3이 1kΩ일 때, C점과 D점 사이의 전류가 0.2uA로 0에 가장 가까운 값이 나왔다. 저항의 허용 오차가 ±5%이기 때문에 0.2uA가 나온 것은 허용 오차 범위 안에서의 오차 이므로, 정확한 실험을 했다고 말할 수 있다. 또한 더욱 정밀한 가변저항을 사용한다면 더욱 정확한 실험을 할 수 있을 것이다.9-2) 이번은 교류 전원을 인가했을 때의 실험이다. peak-to-peak 값이 10V이고 주파수가 1KHz 일 때 Rx를 찾는 것이었으며, 이때 또한 마찬가지 2.4 kΩ R7은 1.8 kΩ이다. 이렇게 되면, R5와 R3이 직렬, R6과 Rx가 직렬, 또한 구한 각각의 저항이 병렬이며, 그것과 R7이 직렬이 된다.따라서 계산해 보면, 전체저항 R=6.124kΩ이다.위 사진과 같이 오실로스코프와 연결한다.참고문헌서강대학교 기초전자공학실험 5주차PPT1. 제목 : 실험 10. 최대 전력전달2. 실험 결과그림 10-2. 부하저항 에서 소비되는 전력측정회로.표 10-2. 전력 측정.실험 순서VAB [V]VL [V]IL [mA]rin [Ω]RL [Ω]②10.082V2.708V2.682mA2683Ω990Ω이론값(멀티미터 내부저항 제외)10.00V2.703V2.703mA2700Ω1000Ω오차0.82000.18460.77690.62961.000③공식값 [W]오차ⓐ WL=IL*VL7.26mW0.8197ⓑ WL=VL2/RL7.407mW1.189ⓒ WL=IL2*RL7.121mW2.719이론값7.320mW④WT=I*V27.039mW0.0333이론값27.03mW그림 10-3. 부하에서 최대 전력전달을 얻기 위한 회로.표 10-3. 에서 최대 전력을 구하기 위한 실험 데이터.RL [Ω]R + RL [Ω]VL [V]W=VL2/RL [mW]WT=V2/(R+RL) [mW]01.2K0083.334001.6K2.4V14.4262.51,0002.2K4.53V20.5245.451,2002.4K4.98V20.6641.666,0007.2K8.3V11.4813.88그림 10-4. 의 변화에 따른 의 그래프.그림 10-5. 최대 전력전송을 위한 부하저항 의 결정에 대한 회로.표 10-4. 최대 전력 전송을 위한 의 조건.(측정치)[Ω][Ω][V][V][mA](계산치)[Ω]1.846K1.845K5.052102.668mA13.83mW26.68mW1.854k3. 결과분석 및 토의이번 실험에서는 최대 전력전달에 대한 실험이다. 10-2 와 같이 회로를 구성한 뒤, RL 저항에 걸리는 전압, 전류 그리고 저항값을 구한 뒤, 전력을 구한다. 전력을 구하는 식은 세 가있다. 그래프를 살펴본다면, 1200Ω일 때 까지 증가하다가 1200Ω 이후로 감소하는 그래프를 볼 수 있는데, 이는 1200Ω일 때 RL에 최대의 전력이 전달된다는 것을 보여 준다. 하지만 전체 전력은 RL이 증가할수록 감소하는 것을 보였다. 이는 전체전압값은 고정이지만, 전제저항값이 늘어나기 때문에 전류가 감소하기 때문이다.즉, RL = rin 일때 W는 최대값을 갖는다. 실제로 표10-3과 그래프에서 RL이 1200옴일 때 가장 큰 전력을 갖는 것을 알 수 있다. 이론값으로, 전력을 구하면 13.55mW가 나오게 된다. 이는 우리가 각각 측정값으로 구한 전력과 2.066의 오차가 있지만, 작은 오차이므로 정확한 전력을 측정하였다고 할 수 있다. 또, RL = RT 이면, 두 저항에 걸리는 전력이 같아야 한다. 그러므로 전체 전력은 이를 표10-3에서 확인해보면 20.66*2= 41.32mW로 실험에서 구한 전체전력 41.66mW와 차이가 별로 없는 것을 알 수 있다.마지막 실험에서는 RL의 저항값과 RT 의 저항값을 같게 해 주기 위해, RT의 값을 먼저 측정해 준다. RT= 1.846K이 나왔으며, RL 또한 이와 같은 저항값일 때 최대 전력을 전달받을 것이다.저항에 걸리는 전압과 전류를 구하여 RL에서의 전력과 전체전력을 구했다. RT=RL일 때, 두 저항에 걸리는 전력이 같으므로, 총 전력 즉, 전원에서의 전력=2*WL이 되야 할 것이다.2* 13.83*2=27.66mW 와 전체전력 26.68mW의 값을 비교해보면 오차가 3.543이 나오는데, 오차가 작은 값은 아니지만, 여러 오차의 원인 때문에 이런 오차가 발생하였다.우선, 멀티미터로 전압과 전류 저항을 측정할 때, 특히 저항을 측정할 때 정확한 측정을 하기 매우 힘들다. 또한 우리는 멀티미터가 하나밖에 없었기 때문에 하나의 멀티미터로 전압을 측정하고, 또 회로에서 멀티미터를 제거한 뒤, 전류를 측정하기 위해 다시 회로를 바꾸면서 실험을 진행하여서 이 때문에 적지않은 오차가 생겼다고 추측할 수 있값계산값측정값계산값측정값계산값테브난 등가회로본래회로22007.757.6496.1126.0230.9220.9280.930(3) 그림 11-6 (a), (b) 노턴 정리에 대한 실험실험 과정 ⑩~⑬실험과정 ⑭~⑯실험과정 ⑰ – 실험 ⑩~⑮ 반복표11-3 노턴의 정리에 대한 실험 결과RL[Ω]IN[mA]RN[KΩ]IL[mA]측정값계산값측정값계산값측정값계산값노 턴본래 회로22002.22.166661.55mA1.61.585(4) 그림 11-7 테브난 노턴의 등가회로 실험표 11-4 테브난 정리에 의한 실험 결과(실험과정 (18) ~ (21))RL [Ω]VTH [V]RTH [KΩ]IL [mA]VL[V]측정값계산값측정값계산값측정값계산값측정값계산값테브난 등가회로본래회로테브난 등가회로본래회로22009.99.9336.74k6.6771.088mA1.15mA1.1182.3872.4482.461표 11-5 노턴 정리에 의한 실험 결과 (실험과정 (22) ~ (24))RL [Ω]IN [mA]RN [Ω]IL [mA]VL[V]측정값계산값측정값계산값측정값계산값측정값계산값노턴 등가회로본래회로노턴 등가회로본래회로22001.4681.4886.746.6771.051.151.1182.412.4482.461(5) 그림 11-8 실험 회로표 11-6 테브난 노턴의 정리에 대한 실험 결과 (실험과정 ㉘)RL [Ω]VTH [V]IN[mA]RTH [kΩ]IL [mA]측정값계산값측정값계산값측정값계산값측정값계산값테브난 등가회로노 턴등가회로본래회로22000.08mV03uA06.693k00003. 결과분석 및 토의1) 결과분석 및 토의① 각 실험 별로 원래 회로와 테브난 등가회로, 노턴 등가회로, 이론값 각각에 대하여 노드저항에 흐르는 전류와 전압을 비교 분석.② 테브난 등가회로에서 계산, 측정된 전류 IL 과 전압 VL 이 노턴의 등가회로에서 측정, 계산된 값과 일치하는지 확인.③ 그림 11-7, 11-8 회로의 실험과정을 Pspice를 이용하여 모의실험하고 실제결과와 비교 분석.첫 번째 실험은 위 회로에서의 실은 값이라 볼 수 있다.우선 IN 을 구하기 위해, 회로를 short 시켜서 구할 수도 있지만, Vth와 Rn을 구한 뒤 옴의 법칙을 사용하면, 같은 값이 나오므로 그 방식을 사용해서 구했다. 측정값과는 1.523의 오차를 나타내었으며, 저항은 완벽하게 측정값과 계산값이 일치하였다.처음 본래 회로에서의 IL 측정값은 1.6mA가 나왔으며,이를 노턴 등가 회로로 바꿔서 IL을 측정하였을 때, 1.55가 나왔다. 계산값과는 각각 0.9464, 2.208의 오차가 나왔다. 오차가 작은 편이므로, 꽤 정확한 실험을 했다고 말할 수 있다.다음은 위 회로에서의 실험이며, 테브난, 노턴 등가 회로로 모두 바꿔 볼 것이다.우선 피스파이스를 통해 위 회로를 해석해 보면,본래 회로에서, 전류가 1.119mA, 전압이 2.462V가 걸리는 것을 알 수 있다. 테브난 노턴 정리를 이용하기 위해 I와 Vth를 구할 것이다.먼저, I를 구하기 위해 회로를 short시켰다. 흐르는 전류는 1.488mA이다.두 번째로는 Vth를 구하기 위해 회로를 open시켰다. Vth 는9.934V임을 알 수 있다.I와 Vth를 구했기 때문에 Rth를 구할 수 있다. 옴의 법칙에 의해 6.676kΩ임을 알 수 있다.따라서 먼저 테브난 등가 회로를 설계하면 다음과 같다.이 회로에서 R2에 흐르는 전류는 1.119mA이며, 걸리는 전압은 2.462V이다. 본래 회로와 같은 값을 가진다는 것을 알 수 있다. 두 번째로 노턴 등가 회로를 알아보면,노턴 등가 회로이다. 이번에도 R2에는 1.119mA의 전류가, 2.462V의 전압이 걸림을 알 수 있다.우선, Vth의 측정값과 계산값은 0.3322의 오차를 가지며, Rth의 측정값과 계산값은 0.9435의 오차를 가진다. 또한 본래 회로에서의 IL과 VL은 각각 1.15mA, 2.448V를 측정했는데, -본래 회로이는 계산값과 각각 2.862, 3.007의 오차를 가지며,테브난 등가 회로에서의 IL과 VL은 각각 1.088mA, 2.387V의 측정값을 가지고, pt

공학/기술| 2020.08.12| 26페이지| 1,000원| 조회(237)

브리지 회로, 기초전자회로실험, 최대 전력전달

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서강대학교 기초전자회로실험 설계 레포트 전압 증폭기

1. 제목 : (설계1.) 전압 증폭기 제작2. 설계결과(1) 전압 증폭기 설계1) 설계 회로도위 사진과 같이 회로를 설계하였다.2) PSPICE simulation 결과피스파이스로 위 회로도를 시뮬레이션 한 결과이다. 입력파형과 출력파형을 관찰하기 위해 연두색 점과 빨간색 점의 파형 그래프를 알아보면,우선 여기서 2번에 전원을 연결해 주었으므로, inverting amplifier가 된다. 연두색(입력)은 크기가 100mV이므로, 매우 작고 미세한 움직임을 보인다. OPAMP의 전압 이득이 100배이고 4번에 ?15V 7번에 1V를 걸어주었으므로 10V까지 증폭될 것이며 위쪽은 최대 1V 까지만 증폭되고 아래쪽은 최대 ?15V까지만 증폭될 것이다. 빨간색 파형을 관찰해 보면, 아래쪽은 ?10V까지 증폭되었으며, 위쪽은 1V까지 증폭되었다.3) 회로상의 소자 변경에 따른 변화 변화 (오실로스코프 출력파형 포함)- 회로상의 소자값(저항)에 따른 출력 신호 변화표 1-1. OPAMP에서 파형과 pp 측정.[V]입력단자출력단자표 1-2. 저항을 변화시켰을 때 파형과 pp 측정.입력단자 [V]출력단자 [V]R1 = 2.7kΩ, R2 = 56kΩR1 = 10kΩ, R2 = 100kΩR1 = 100Ω, R2 = 100kΩ3. 결과분석 및 토의우선 입력은 모두 같은 입력을 걸어주었으므로, 그래프의 모양은 동일하다. 반전증폭기에서는 입력전압과 출력전압 간에V _{OUT} =0V-iR _{2} =- {R _{2}} over {R _{1}} V _{IN}과 같은 식이 성립하게 되는데, 이 식에 따라 위 4가지 실험 그래프를 설명할 수 있다. 4개의 그래프 모두 다 R2가 크므로, 입력 전압보다 출력 전압이 더 큰 값을 가지게 되며, 7번 단자에 1V, 4번 단자에 ?15V를 걸어주었으므로 그래프의 최대는 1V, 최소는 ?15V의 값을 가질 것이다. 하지만 실제 실험에서의 그래프는 이와 매우 다른 오차를 보였는데, 오차의 원인은 다음과 같을 것이다.실제 OPAMP를 사용하여 증폭한 전압과 이론상으로 증폭한 전압은 매우 큰 차이가 있는데, 이는 이론상으로는 ideal한 OPAMP, 즉 차동 이득이 무한대라고 생각하고 증폭률을 구하기 때문이다. 하지만 실제 OPAMP는 차동 이득이 크기는 하지만, 무한대에 미치지는 못한다. 우리는 OPAMP의 입력 두 단자의 값이 같다고 가정하지만, 이는 차동 이득이 무한대라고 가정했을 때 성립하는 것이므로 이런 것들에 의해 오차가 있을 것이며, 또한 저항의 허용 오차도 실험의 오차 중 하나가 되었을 것이다. 또한 입력 단자의 입력임피던스 또한 무한대라고 생각하고 있지만 사실 매우 큰 값일 뿐 무한대가 아니므로 오차가 생겼을 것이다.하지만 오차가 있다고 하더라도 그래프의 대략적인 형태는 이론값과 유사하게 나온 것을 알 수 있다.4. 검토사항(1) 어떤 원리로 입력신호에 비해서 출력 신호가 커지는지 검토해 보자.입력 단자의 두 값이 같아야 하므로, +단자가 접지와 연결이 되었을 때, -단자 또한 접지와 연결된 것처럼 전위가 0이 되어야 하므로, 피드백 저항 R2에 의해 두 개의 입력 단자 값이 같아지도록 출력 값 Vout이 제어된다. 이 때 R2를 크게 해주게 되면 Vout이 커지게 되는 것이다.

공학/기술| 2020.08.12| 5페이지| 1,000원| 조회(299)

기초전자회로실험, 설계 레포트, 전압 증폭기

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서강대학교 기초전자회로실험 3주차

3주차 결과레포트1. 제목 : 실험 4. 오실로스코프의 사용법2. 실험결과그림 4-7. 전압 교정 실험표 4-1. 전압 교정측 정 점피크-피크간 전압[V] 계산치피크-피크간 전압 측정치[V]2V/cm로 교정된 때5V/cm로 교정된 때A, D10.00V10.20V10.10VB, D8.306V8.300V8.200VC, D3.322V3.400V3.200Vanalog unit에 있는 주파수 발생기 출력 [V]피크-피크간 최대전압[V]피크-피크간 최소전압[V]10V10mV표 4-2. 주파수의 측정.주파수[Hz]측정값[Hz]오차1k1k010k10k0100k100k0표 4-3. 리사쥬 도형.리사쥬도형접하는 점의 수(비)발진기의 주파수fV[Hz]THTV다이얼눈금계산치11100.05100표 4-4. 리사쥬 도형에 의한 주파수 측정.리사쥬 도형접하는 점의 수발진기의 주파수 fV[Hz]THTV다이얼 눈금이론치135˚110˚0˚22˚45˚1250.0550135˚110˚0˚22˚45˚32150.051500˚11˚22˚33˚45˚53166.7166.6645˚30˚0˚120˚135˚21200.052000˚45˚90˚135˚180˚31300.0530090˚45˚0˚225˚270˚41400.054000˚45˚90˚135˚180˚11100.05100표 4-5. 리사쥬 도형에 의한 위상차 측정.리사쥬 도형측정값위상차ymyo5V4V=1) 전압 교정측정점 A,D피크-피크간 전압 측정치를 2V/cm로 설정피크-피크간 전압 측정치를 5V/cm로 설정측정점 B,D피크-피크간 전압 측정치를 2V/cm로 설정피크-피크간 전압 측정치를 5V/cm로 설정측정점 C,D피크-피크간 전압 측정치를 2V/cm로 설정피크-피크간 전압 측정치를 5V/cm로 설정2) 주파수의 측정주파수 측정주파수1k[Hz]주파수10k[Hz]주파수100k[Hz]3)결과분석 및 토의-전압 교정 실험:위 회로에서, A-D사이의 전압은 function generator를 사용하여 10V를 걸고 난 뒤 실험을 진행하였다. 위 식에서 각각 저항에 위해 우선 합성 저항을 구한다.이다. voltage division에 의해서, 측정점 B,D에서의 전압 =8.306V, 측정점 C,D에서의 전압=3.332이다.측정점이론치 전압2V/cm로 교정된 때 전압2V/cm로 교정된 때 전압의 오차5V/cm로 교정된 때 전압5V/cm로 교정된 때 전압의 오차측정점 A,D10.00V10.20V2.000%10.10V1.000%측정점 B,D8.306V8.300V0.0722%8.200V1.276%측정점 C,D3.322V3.400V2.348%3.200V3.672%우리가 오실로스코프에 띄워진 그래프를 보고 눈으로 전압을 측정하였기 때문에 완전한 측정을 할 수 없으므로 정확한 측정을 할 수 없기 때문에 이것이 오차의 원인이 되었을 것이다.측정점 A,D를 제외하고는 모두 5V/cm로 교정된 후 측정한 전압이 오차가 훨씬 큰 것을 알 수 있는데, 이것은 2V/cm로 교정되었을 때 더 정확한 측정을 할 수 있음을 알려준다.-리사쥬 도형 실험:주파수를 이미 알고 있는 신호를 오실로스코프의 수평축에 입력한 후 측정하려고 하는 신호를 수직축에 접속해서 생성된 리사쥬 도형으로 두 주파수의 비를 알아낼 수 있다. X-Y모드로 설정한 후 수평축과 수직축에 다른신호를 동시에 입력하면 리사쥬 도형이 표시된다. 두 파형의 주파수가 일정한 비를 가지고 있다면 파형이 안정되어 정지하며, 주파수, 진폭, 위상 등을 비교할 수 있다.우리는 기준이 되는 주파수를 10V, 100으로 설정한 후 실험을 진행하였다. 가변 주파수의 소수점 둘째자리 까지 고려하여 실험의 오차를 줄이려고 노력하였지만 완전하게 정확히 할 수 없었기에 약간의 오차가 발생하였다. 또한 일정한 비가 있을때 파형이 안정되어 정지하기 때문에 설정해 둔 주파수 의 비의 오차가 작을수록 리사쥬 도형의 변화 속도가 줄어들어 더욱 정확한 리사쥬 도형을 관찰할 수 있었다. 또한 주파수의 비는 수평축과 수직축에 접하는 접점의 역수를 통해 구할 수 있었다.4. 검토사항(1) 동기가 취해진 후에 파형에 영향을 주프를 사용하는 장소에 따라 지구 자기장의 영향으로 인하여 동기가 취해진 파형에 영향을 미칠 수 있다. 또한 오실로스코프에 의해서도 파형에 영향을 미칠 수 있는데 이 경우에는 트리거를 조정시키며 원하는 파형이 나올때 까지 관찰하거나, 편향감도를 변경시켜가며 파형의 모양을 관찰할 수도 있다.(2) 전압 측정 실험시 이론치와 측정치가 오차가 있는 경우 그 원인을 분석하고 각각 2 V/cm, 5 V/cm으로 교정시 오차의 크기를 비교하라.측정점 A,D피크-피크간 전압 이론치: 10.00V2V/cm 로 교정 시 전압 측정치 10.20V 오차: 2.000%5V/cm 로 교정 시 전압 측정치 10.10V 오차: 1.000%측정점 B,D피크-피크간 전압 이론치: 8.306V2V/cm 로 교정 시 전압 측정치: 8.300V 오차: 0.0722%5V/cm 로 교정 시 전압 측정치: 8.200V 오차: 1.276%측정점 C,D피크-피크간 전압 이론치: 3.322V2V/cm 로 교정 시 전압 측정치: 3.400V 오차: 2.348%5V/cm 로 교정 시 전압 측정치: 3.200V 오차: 3.672%우선 세가지 모두 오차가 크지는 않았다. 하지만 측정점 A,D에서를 제외하고 나머지는 모두 5V/cm로 교정시 전압 측정치가 오차가 더 크게 나왔는데 그 이유는 2V/cm로 교정시에 더 세밀하게 전압 파형을 관찰할 수 있기 때문이다.(3) 교류전압계로 오실로스코프를 사용할 때 유리한 점 (장점)을 열거하라.1. 파형을 봄으로써 교류의 주파수와 전압, 진폭 등을 볼 수 있다.2. 일반 전압계로 관찰할 수 없는 높은 주파수의 신호를 관찰할 수 있다.3. 순간적인 정전이나 왜곡 상태와 같은 전압을 파악할 수 있다.4. 지나간 측정값을 누적으로 볼 수 있다.(4) 교류전압계로 오실로스코프를 사용할 때 불리한 점 (결점)을 열거하라.1. 전압 측정 시 오실로스코프의 calibration이 잘 안 되어 있으면 전압값의 오차가 커지게 된다. 2. 정확도가 높은 편이 아니다.3.가격이 너무 비싼 편이다값과 실효치와 평균 전압과의 관계식은?직류 전원이었다면 실효치와 평균치가 같을 것이다. 하지만 교류이기 때문에 실효치와 평균치가 차이가 나는데, 실효치는 피크-피크값/를 한 값이고, 평균치는 피크-피크값/∏ 이다. 따라서 피크-피크값=∏평균치=실효치 가 된다.(6) 리사쥬 도형으로 주파수 측정시 주파수 측정의 정확도를 결정하는 것은?주파수의 비는 수평축과 수직축에 접하는 점접의 역수를 통해 구할 수 있으므로, 고정 주파수와 가변주파수의 비의 오차를 줄이기 위해, 리사쥬 도형에서 수평축과 수직축에 접하는 점의 개수를 구하고, 또한 비의 오차가 작으면 작을수록 도형이 움직이는 속도가 줄어들기 때문에 속도가 작은 지점을 찾는것 또한 중요하다.비는 수평축과 수직축에 접하는 접점의 역수를 통해 구할 수 있었다.(7) 수직 및 수평 주파수가 인 경우 리사쥬 도형을 그리시오.(8) 리사쥬 도형을 통해 계산한 위상차에 영향을 주는 것은?x축과 y축 각각 연결한 함수의 주파수가 위상차에 영향을 준다. 만약 1번 함수의 주파수가 1Hz일때 1대1의 주파수를 만들고, 위상차를 변화시키며 여러 리사쥬 도형을 관찰하고 싶다면, 2번의 주파수를 1Hz가 아닌 1.05Hz 처럼 변화를 살짝 줘야 하기 때문에 이 실제와 다른 주파수가 위상차에 변화를 준다.5. 참고문헌3주차 실험 ppt1. 제목 : 실험 5. PSpice를 이용한 회로의 Simulation2. 실험결과그림 5-7. PSpice 실험 회로 (1)그림 5-8. PSpice 실험 회로 (2).그림 5-9. PSpice 실험 회로 (3).그림 5-10. PSpice 실험 회로 (4).3. 결과분석 및 토의1)첫번째 실험 회로위와 같이 회로를 구성하였고, 각 저항값과 전압값을 입력해서 simulation을 했더니 다음과 같은 값이 나왔다. R2와 R3이 있는 곳에는 short가 되었기 때문에 0A가 흐른다. 따라서 전체 저항은 4kΩ이 된다아래 표에선 각 소자에 걸리는 전류와 전압을 나타내었다.저항전류전압R13.000mA3.0000VR43.000mA3.000VR51.000mA3.000VR61.000mA3.000VR71.000mA3.000VR83.000mA3.000V따라서 이론값과 피스파이스에서 계산된 값이 동일하다.2)두번째 실험 회로위와 같이 회로를 구성하였다. R4에 전류가 흐르지 않는 이유는 양단 전압차가 0이기 때문인데, 실제로 R9에 걸리는 전압이 3.522V, R7에 걸리는 전압이 3.522V이고 R2에 걸리는 전압이 21.13V R3에 걸리는 전압이 21.13V이므로 R4양단에 걸리는 전압이 같다. 따라서 전류가 흐르지 않는다.3)세번째 실험 회로위의 회로에서 빨간색 전압계와 초록색 전압계로 재었을때 나타나는 전압을 그래프로 표현하였다.위 회로는 OP-AMP의 회로를 보여주는데, 그래프에서 초록색으로 나타난 전압이 OP-AMP를 거쳐 빨간색 전압으로 커진것을 알 수 있다.4)네번째 실험 회로위의 회로에서는 전압의 값을 Vsin함수를 이용해 구성했으며, Vs의 값은 다음과 같다.DF가 존재하므로 t가 증가할수록 진폭이 작아지면서 위아래로 진동하는 그래프를 얻을 수 있었다.4. 검토사항(1) PSpice를 이용하여 시간 축으로 분석하는 방법을 알아보고, 각자 회로를 구성하여simulation하여 보아라. (RLC 각각 3개 이상 사용회로 구현)다음과 같이 회로를 설계하였다.그래프를 시간-전압 그래프로 나타내기 위해 analysis type을 time domain으로 설정하였으며, run to time 은 10ms 로 설정하였다. 그리고 다음과 같은 그래프를 얻을 수 있었다.(2) PSpice를 이용하여 주파수축으로 분석하는 방법을 알아보고, 각자 회로를 구성하여simulation하여 보아라. (RLC 각각 3개 이상 사용회로 구현)위 회로를 이용해 이번에는 analysis type을 ac sweep으로 바꾸었으며, start frequency는 1, end frequency는 10k point/decade 는 101로 맞추었다. 따라서 다음과 같은 그래프를 얻을 수 있었다.5실험교재

공학/기술| 2020.08.12| 17페이지| 1,000원| 조회(193)

오실로스코프, pspice, 기초전자회로실험

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