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[실험예비보고서] 기초전자실험 with PSpice 13장(커패시터)

제목 : 커패시터 (예비실험보고서)1. 실험 목적1. 커패시터와 인덕터의 종류와 특성을 배운다.2. 커패시터의 용량을 읽는 법을 연습한다.3. 부품 용량에 따른 용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스의 변화를 실험한다.4. 주파수에 따른 용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스의 변화를 실험한다.실험 기기오실로스코프1대파형발생기1대디지털 멀티미터1대브레드보드1개회로 부품저항330[Ω], 1[kΩ], 1.2[Ω](1개)커패시터0.1[μF], 0.22[μF], 0.47[μF], 470[μF](각 1개)1[μF] (4개)LED적색2. 실험 장비[실험을 위한 기초 이론]커패시터의 구조와 종류커패시터는 콘덴서라고도 하며, 전하를 저장하는 기능을 가진 부품이다. 커패시터는 유전체를 가운데 두고 양쪽에 전극이 놓여 있는 구조로 만들어져 있다. [그림 13-1]이 커패시터의 기보 구조다. 커패시터에 전압이 인가되면, +와 ?의 전하들이 유전체를 사이에 두고 전극에 대전되어 충전이 이루어진다.커패시터의 충전 용량을 커패시턴스라고 한다. 커패시턴스는 영국의 과학자 마이클 패러데이의 이름을 따서 만든 F(패럿)을 단위로 사용한다. 주로 1[pF]을 주로 사용한다.커패시터의 종류전해 커패시터1) 유전체로 얇은 산화막을 사용하여 만든다.2) 전극으로는 알루미늄을 사용한다.3) 유전체를 매우 얇게 할 수 있으므로 커패시터의 체적에 비해 큰 용량을 얻을수 있다.4) 극성을 가진다.세라믹 커패시터1)전극간의 유전체로 티탄산 바륨(Titanium Barium)과 같은 유전율이 큰 재료가 사용함.2)고주파 특성이 양호하다는 특성을 가지고 있음.3)고주파의 바이패스에 주로 사용한다.4)모양은 원반형/용량은 비교적 작다.5)전극의 극성이 없다.탄탈륨 커패시터(Tantalum Capacitor)1)전극에 “탄탈륨(Tantalum)”이라는 재료를 사용2)비교적 큰용량을 얻을 수 있음3)온도 특성/주파수 특성 모두 전해 커패시터 보다 우수하다.4)탄탈륨 커패시터는 온도에 의한 용량 변화와 주파수 특성이 우수하여 어느정도 주파수가 높은 회로 등에 사용한다.적층형 세라믹 커패시터(MLCC, Multi Layert Ceramic Capacitor)1)전극간 유전체로 고유전율계 세라믹을 다층 구조로 사용2)온도 특성/주파수 특성등이 양호함3)소형이라는 큰 특징마일러 커패시터1)얇은 두께의 폴리에스테르(polyester) 필름을 양측에 금속으로 넣어 원통형으로 감은 것2)낮은 가격/사용하기는 쉽지만 높은 정밀도가 없음필름 커패시터극간의 유전체로 폴리스티렌(polystyrene)필름이 사용되고 있다.필름을 감은 구조로서 인덕턴스(코일) 성분이 큼고주파에는 사용 할 수 없음수백 kHz 이하의 필터 회로나 타이밍 회로등에 주로 사용전극의 극성은 없음.칩 필름 커패시터가 있음슈퍼 커패시터대용량의 캐패시터를 전원 회로에 사용 할 때에는 각별한 주의가 필요커패시터가 텅 비어 있을 때에는 전류가 계속 유입하므로 정류기 등이 과전류로 인해 파괴되는경우가 있기 때문폴리프로필렌 커패시터높은 정밀도가 요구되는 경우에 사용유전체 재료로는 폴리프로필렌(polypropylene)등의 필름을 사용100kHz이하의 주파수에서 사용하면 거의 용량의 변화 없음가변용량 캐패시터용량을 변화 시킬 수 있는 커패시터주파수 조정등에 사용커패시터의 용량을 읽는 법단위는 패럿[F]을 사용하지만 F는 큰 단위이기 때문에 uF(마이크로 패럿), pF(피코 패럿)을 사용합니다.1F = 1,000,000uF = 1,000,000,000,000pF uF = 백만분의 1패럿 , 1F = 백만분의 1uF전류 ? 전압 위상차커패시터에 교류전압을 인가할 때 흐르는 교류전류 i는i`=`C {dV} over {dt}으로 계산한다. 식으로부터 교류전류 i는 커패시턴스 C 및 시간에 대한 전압의 변화율인{dV} over {dt}에 비례함을 알 수 있다. 커패시터에 직류 전압을 인가하는 경우를 생각해 보자. 직류는 시간에 따라 전압이 변하지 않으므로 식에서 i = 0이 된다. 커패시터에 직류전압을 인가하면, 전하가 충전되는 매우 짧은 시간 동안만 전류가 흐른다. 충전이 완료되면 전하가 이동하지 않으므로 전류는 흐르지 않는다(i = 0). 하지만 교류전압을 인가하면 커패시터는 충전과 방전을 반복하며, 전하가 계속 이동하므로 전류가 흐른다.위의 [그림13-10]은 커패시터에 교류전압을 인가할 때 커패시터에 걸리는 전압 VC와 커패시터를 흐르는 전류 iC의 파형이다. VC가 0[V]로부터 증가하기 시작하면, 커패시터가 충전되면서 iC가 흐른다. 충전이 시작될 때 최대 전류 imax가 흐르며, 충전이 진행되면서 iC는 감소한다. VC가 최대 전압 Vmax에 이르면 커패시터는 완전히 충전되어 iC는 더 이상 흐르지 않는다. 이어서 VC가 감소하면, 커패시터가 방전되면서 iC가 다시 흐른다. 이때 흐르는 iC는 충전될 때와 방향이 반대이다. 이와 같은 전류와 전압의 움직임을 파형으로 나타내면, 그림과 같이 iC의 위상이 VC보다 90 ?앞서게 된다.커패시터의 충전과 방전(시정수)커패시터의 충전과 방전시간은 시정수(Time Constant)로 정의하며, τ로 표시한다. τ는tau `=`RC로 계산된다. 충전 시의 시정수는 커패시터가 인가된 전압의 63.2% 수준으로 충전될 때까지 걸리는 시간으로 정의된다. 방전 시의 시정수는 최대로 충전된 커패시터에서 충전 전압의 63.2%가 떨어지는 데 걸리는 시간으로 정의된다. 이는 커패시터 전압이 충전 전압의 36.8% 수준으로 떨어질 때까지 걸리는 시간이다.

자연과학| 2020.10.28| 5페이지| 1,000원| 조회(706)

커패시터, 한빛, 9장, 실험예비보고서, 한빛아카데미

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[실험예비보고서] 기초전자실험 with PSpice 12장(오실로스코프와 파형발생기)

제목 : 오실로스코프와 파형발생기(예비실험보고서)1. 실험 주제오실로스코프의 동작 원리와 사용법을 익힌다.파형발생기의 사용법을 익힌다.2. 실험 장비실험기기오실로스코프1대파형발생기1대3. 실험을 위한 기초 이론지금까지 다룬 실험회로에서는 직류전원 공급 장치를 전원으로 사용하였다. 또한 저항만으로 회로를 구성하였다. 그러나 그 외에도 기초전자실험에서 다루는 중요한 부품이 더 있는데, 바로 커패시터(Capacitor)와 인덕터(Inductor)다.커패시터와 인덕터는 직류, 교류에 대한 특성이 저항과 다르다. 따라서 이 부품들을 다루려면, 직류 이외에 교류신호를 제공하는 교류 전원장치와 교류신호를 측정하는 계측기의 사용법을 알아야 한다. 교류 전원장치로는 파형발생기가 사용되며, 교류신호를 측정하기 위한 계측기로는 멀티미터와 함께 오실로스코프가 자주 사용된다.오실로스코프오실로스코프(Oscilloscope)는 전기신호의 파형을 화면에 시각적으로 표시하는 장치다. 오실로스코프에 나타나는 파형을 이용하면 전기신호, 특히 교류 신호의 크기, 주파수, 위상 등을 측정할 수 있으므로, 교류를 다룰 때 매우 중요하다. 아날로그형과 디지털형이 존재하며, 최근엔 디지털 형식이 주로 쓰인다.오실로스코프의 종류아날로그 오실로스코프[그림 12-1]은 아날로그 오실로스코프의 예다. 아날로그 오실로스코프는 표시장치로서 CRT(Cathode Ray Tube : 음극선관)을 사용하는데, 오실로스코프는 CRT의 전자총에서 방출되는 전자들을 측정신호에 따라 편향시켜 파형을 표시한다.[그림 12-2]는 아날로그 오실로스코프의 동작원리를 표현한 그림이다.1) 전자총 : 금속을 가열하여 발생시킨 전자들을 모아서 전자빔을 만드는 장치이다.2) 수직 편향판 : 관찰하고자 하는 측정 신호가 인가되며 그에 따라 전자빔이 수직으로 편향 된다.3) 수평 편향판 : 스윕 신호(톱니파)가 인가되어 전자빔을 수평으로 편향시킨다. 전자빔을 수직, 수평으로 동시에 편향시키면 형광화면에 신호의 파형이 표시된다.4) 형광화면 : 측정 신호의 파형이 표시되는 곳스윕(Sweep) 신호는 [그림12-3]과 비슷한 형태의 톱니파가 사용된다. 이 신호는 전압이 증가하다 Zero가 되는 파형을 반복한다. 따라서 전자빔도 수평으로 편향되었다 제자리로 돌아오는 동작을 반복한다. 편향 동작을 파형 주기와 맞추면 화면에 고정된 파형이 표시되며, 톱니파의 주기를 바꾸면 표시되는 파형의 수평방향 크기를 바꿀 수 있다.디지털 오실로스코프디지털 오실로스코프는 측정 신호를 디지털 신호로 변환하여 처리하는 점에서 아날로그 오실로스코프와 큰 차이점이다. 측정 신호는 ADC(Analog to Digital Converter)에 의하여 디지털 신호로 변환된다. ADC을 바탕으로 디지털 신호로 변환하는 과정을 샘플링(Sampling)이라고 한다. [그림12-4]에서 예시를 볼 수 있다.오실로스코프의 사용법각 부분의 명칭과 기능오실로스코프는 입력단(①)을 두 개 이상 가지고 있으며, 이를 채널(Channel)이라고 한다.[그림 12-5]의 오실로스코프는 2개의 채널이 있고 조정 및 선택 버튼은 대부분 채널별로 구분되어 있다.①입력단: 파형을 관찰하고자 하는 신호를 입력한다(프로브로 사용).②점검 신호 출력단 : 1[KHz], 5[V](첨두치)의 펄스가 출력된다.③화면 : 파형과 측정데이터가 표시된다.④채널 선택 및 On/Off 버튼(CH 1, CH 2) : 사용 할 채널을 선택할 때 사용한다. 두 번 누르면 해달채널이 Off, 다시 누르면 On이 된다.⑤측정 버튼 : 이 버튼을 누르면 측정 모드로 전환되어 주파수, 주기 등이 화면에 표시된다.⑥자동 설정 버튼 : 최적의 표시 상태가 자동으로 설정된다.⑦～⑩수직, 수평 위치, 스케일 : 위치 조정 다이얼 : 파형의 수직, 수평위치를 조절할 수 있다.⑪트리거 레벨 다이얼 : 파형이 흐를 때 스윕 신호와 동기를 맞추어 고정시킨다.⑫범용 다이얼 : 다이얼을 돌리면 화면에 표시된 메뉴 사이를 이동할 수 있다. 원하는 메뉴로 이동하여 다이얼을 누르면 해당 메뉴를 선택, 취소 가능하다.⑬메뉴 선택 버튼 : 5개의 버튼이 있고, 각각 화면에 표시된 메뉴와 연계되어 있다.⑭유틸리티 버튼 : 디지털 멀티미터가 가진 다양한 편의 기능의 메뉴를 표시한다. 이를 통해 화면 표시를 한글로 변경 가능하다.기기 및 프로브의 점검 방법디지털 오실로스코프는 전원을 켜면 자동으로 자기 진단을 실시한다.(1) 프로브를 입력단 CH 1 에 연결한다([그림12-5]①).(2) 프로브 반대쪽을 ‘Probe Comp' 에 연결한다.([그림 12-5]②)(3) 자동 설정 버튼으로 최적의 측정 상태를 설정한다([그림 12-5]⑥)(4) 화면에 5V, 1[KHz]의 펄스 신호가 표시되는지 확인한다.([그림 12-5]③)기본 측정법(1)프로브를 입력단 CH 1 또는 CH 2에 연결한다. 신호를 하나만 측정할 때는 주로 CH 1을 사용한다.(2)프로브의 반대쪽을 측정 할 회로와 연결한다.(3)자동 설정 버튼을 사용하여 측정 신호를 최적의 상태로 설정한다.([그림 12-5]⑥)(4)측정 버튼을 눌러 측정 모드로 전환한다.([그림 12-5]⑤)(5) 신호원 및 종류 선택 버튼으로 측정하려는 신호원 (CH 1 또는 CH 2)을 선택한다.([그림12-5]⑪)(6) 채널 및 데이터 선택 버튼으로 데이터 종류(주파수, 주기, 첨두치 등)를 선택한다.([그림12-5]⑫)파형발생기파형발생기(Function Generator)는 정현파, 삼각파, 펄스와 같은 교류 신호를 만들어내는 장치로 출력 파형을 바꾸는 기능과 출력 신호의 주파수 및 진폭을 조절하는 기능을 가지고 있다. 명칭과 기능은 다음과 같다.①표시부(Display): 출력 신호의 주파수, 진폭, 주기 등을 수치로 표시.②조정용 다이얼: 다이얼을 돌려서 설정값을 변경한다.③숫자키: 직접 숫자를 입력하여 주파수, 진폭 등을 설정할 때 사용한다.④기능 설정부: 파형, 주파수, 진폭 등의 설정을 위한 선택 버튼이 모여 있다.⑤ 출력단: 파형발생기의 출력 단자로, 가변 및 고정 출력이 있다.[그림 12-7]은 파형발생기를 상세히 나타낸 그림인데 특히 ④ 기능 설정부를 자세히 살펴보며 사용법을 설명.기본 사용법 [그림12-9](1) 전원을 켜면, 10[KHz], 2Vpp의 정현파 출력 모드로 자동 설정된다.(2) 기기 초기화, ④-1의 ‘Shift’ 버튼을 누른 다음 ③의 숫자 키 ‘8’을 누르면 초기화 된 다.(3) 프로브를 ⑤의 출력단에 연결한다.('SYNC' 출력단은 5[V], 10[KHz]의 펄스 신호를 고정적으로 출력하는 단자다.)(4) ④-2의 출력 스위치를 눌러 출력을 On 한다.

자연과학| 2020.10.28| 7페이지| 1,000원| 조회(500)

오실로스코프, 한빛, 9장, 파형발생기, 실험예비보고서, 한빛아카데미

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[실험예비보고서] 기초전자실험 with PSpice 9장(노턴의 정리) 평가B괜찮아요

제목 : 노턴의 정리(예비실험보고서)1. 실험 목적노턴 등가회로를 구하는 방법을 연습한다.노턴의 정리를 실험으로 확인한다.2. 실험 장비실험 기기디지털 멀티미터1대직류전원 공급 장치1대브레드보드1개회로 부품저항300[Ω] (2개)150[Ω], 330[Ω] (각 1개)3. 실험을 위한 기초 이론테브난의 정리를 이용하면, 복잡한 회로망을 간단한 등가회로롤 만들 수 있다. 테브난의 정리와 비슷하게 회로망을 등가전류원 및 병렬연결 된 등가저항으로 단순화하는 노턴의 정리(Norton’s Theorem)가 있다. 이번 실험엔 노턴의 정리에 대해서 알아볼 것이다.1. 노턴의 정리(Norton’s Theorem)노턴의 정리는 ‘전원이 포함된 회로망은 하나의 등가전류원 및 병렬로 연결된 등가저항으로 바꿀 수 있다.’로 정의된다.●노턴 등가회로를 구하는 과정●(1) 부하저항을 제거하고, 단락된 단자를 만든다.(2) 단자 간의 흐르는 전류(등가전류원 IN)를 구한다.I _{n} =I _{r} {R _{2}} over {R _{2} +R _{3}}(3) 전원을 제거하고, 단자 쪽에서 바라본 등가저항 RN을 구한다.R _{N} = {R _{1} TIMES R _{2}} over {R _{1} +R _{2}} +R _{3}(4) IN과 RN을 병렬로 연결하여 노턴 등가회로를 완성한다.I _{L} = {I _{N} TIMES R _{N}} over {R _{N} +R _{L}}4. 실험 방법기본 회로 실험(1) 실험 회로를 구성하라. 저항 R1 = R2 = 300[Ω], R3 = 150[Ω]을 각각 연결하라.(2) 부하저항 RL = 330[Ω]을 연결하고, 직류전원 V1 = 12[V]를 인가하라.(3) RL에 걸린 전압 VL을 측정하여 표에 기록하라.(4) RL을 흐르는 전류 IL을 측정하여 표에 기록하라.(5) [그림9-8]의 실험 회로에 대한 노턴 등가회로는 [그림9-9]와 같이 등가전류원(IN)와 등가저항(RN)으로 구성된다. IN와 RN을 이론적으로 계산 후 표에 각각 기록하라.노턴 등가회로 실험(1) [그림9-9]의 노턴 등가회로를 실제로 구성하라. IN와 RN은 위에서 계산한 값을 사용(설정)하라.(2) RL에 걸린 전압 VL-Nor을 측정하여 표에 기록하라.

공학/기술| 2020.10.28| 4페이지| 1,000원| 조회(541)

노턴, 한빛, 노턴의 정리, 9장, 실험예비보고서, 한빛아카데미

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[실험예비보고서] 기초전자실험 with PSpice 6장(키르히호프의 법칙)

제목 : 키르호프의 법칙 (예비실험보고서)[실험 목적]1.키르히호프의 전압법칙을 실험으로 확인한다.2.키르히호프의 전류법칙을 실험으로 확인한다.[실험 장비]1. 직류전원 공급 장치2. 디지털 멀티미터3. 브레드보드그림 24. 저항그림 1그림 3 그림 4[실험을 위한 기초이론]1. 키르히호프의 법칙전원이 하나인 회로는 옴의 법칙을 이용하여 전압과 전류 및 저항 등을 쉽게 구할 수 있다. 그러나 전원이 하나 이상인 회로는 옴의 법칙만으로 회로를 해석하기 어렵다. 이 경우에는 키르히호프의 법칙과 옴의 법칙을 함께 적용해야 한다. 키르히호프의 법칙에는 전압법칙(KVL)과 전류법칙(KCL)이 있다.키르히호프의 전압법칙(KCL): 폐회로에서 전원장치가 공급한 전압은 각 소자에 걸린 전압의 합과 같다. 폐회로에서 전압상승과 전압강하의 합은 0이다.키르히호프의 전류법칙(KVL): 회로의 접속점으로 들어오는 전류의 합은 나가는 전류의 합과 같다. 회로의 접속점으로 들어오는 전류와 나가는 전류의 합은 0이다.[실험 방법]1. 키르히호프의 전압법칙1) [그림6-3]의 실험 회로를 구성한다.저항 R1 = 330[Ω], R2 = 470[Ω], R3 = 1[㏀], R4 = 2[㏀]을 각각 연결한다.2) 전체저항 RT를 측정하여 기록한다. 이때, 직류전원 V는 인가하지 않는다.3) 병렬저항 (R3//R4)의 저항값을 측정하여 기록한다. 병렬 저항은 접속점 a~b 간의 저항을 측정한다.4) 직류전원 V=5[V]를 인가한다.5) 각 저항에 걸린 전압 VR1, VR2, V(R3//R4)를 측정하여 기록한다.6) VR1, VR2, V(R3//R4)를 계산하여 기록한다.7)직류전원 V=10[V]로 바꾸고 위 실험을 반복한다.2. 키르히호프의 전류법칙1) [그림6-5]의 실험회로를 구성한다.저항 R1 = 200[Ω], R2 = 300[Ω], R3 = 1.2[㏀], R4 = 680[Ω]을 각각 연결한다.

공학/기술| 2020.10.28| 3페이지| 1,000원| 조회(559)

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[실험예비보고서] 기초전자실험 with PSpice 5장(직렬과 병렬) 평가A+최고예요

제목 : 직렬과 병렬 (예비실험보고서)[실험 목적]직렬과 병렬연결의 특징을 알아보고 차이점을 이해한다.직렬 및 병렬로 연결된 저항 회로에서 전체 저항을 구한다.직렬 및 병렬회로의 전류와 전압을 측정한다.[실험 장비]1. 직류전원 공급 장치2. 디지털 멀티미터3. 브레드보드4. 저항그림 2그림 1그림 3 그림 4[실험을 위한 기초이론]1) 직렬연결직렬연결은 저항을 연속적으로 연결한 형태이다. 따라서 회로를 흐르는 전류 I는 어느 곳에서나 일정하다. 반면에 각 저항에 걸린 전압은 옴의 법칙에 따라 다른 값을 나타낸다. 저항을 직렬로 연결할 때 전체저항(RT)는 단순히 각 저항의 합으로 표현된다.RT = R1 + R1 + R3 + ... + Rn또 다른 특징은 전류가 흐를 수 있는 경로가 오직 하나라는 점이다.이 점을 기억해두면 직렬과 병렬을 구별하는 데 도움이 된다.2) 병렬연결병렬연결은 각 저항에 걸리는 전압은 저항의 크기에 관계없이 모두 같다. 반면에 각 저항을 흐르는 전류는 다른 값을 나타낸다. 저항을 병렬로 연결할 때, 각 저항으로 나뉘어 흐르는 전류를 가지전류(Branch Current)라 한다. 가지전류는 옴의 법칙에 따라 저항의 크기에 반비례한다. 저항을 병렬로 연결할 때 전체 저항(RT)는 각 저항의 역수를 더한 후 다시 역수를 취하는 형태이다.RT = 1/ [1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ... + 1/Rn]저항을 병렬로 연결하면 전체 저항이 개별 저항의 값보다 작아진다. 또한 병렬로 연결하는 저항이 많을수록 전체 저항은 더 작아진다.3) 직렬과 병렬의 특징저항을 직렬로 연결하면, 하나의 경로를 흐르는 전류를 여러 개의 저항이 방해하므로 전류가 감소한다. 직렬연결에서 저항의 수가 증가하면, 전체저항은 증가한다.저항을 병렬로 연결하면, 전류가 흐를 수 있는 경로가 추가되는 것이므로 회로 전체의 전류가 증가한다. 병렬로 연결하는 저항이 많을수록 전체 저항이 감소한다.[실험 방법]-직렬연결1) [그림5-3]의 실험 회로를 구성한다. 저항 R1 = 300[Ω], R2 = 510[Ω], R3 = 680[Ω]을 각각 연결한다.2) 전체저항 RT의 이론값을 구하여 기록한다.3) 멀티미터로 전체저항 RT를 측정하여 기록한다. 전체저항은 a점과 c점에 프로브를 연결하여 측정하면 된다. 이때 직류전원 V는 인가하지 않는다.4) 이론값과 측정값 간의 [%]오차를 계산하여 기록한다.5) 직류전원 V = 5[V]를 인가하고, [그림 5-3]의 a점과 b점의 전류를 각각 측정하여 기록한다.6) 각 저항에 걸린 전압 VR1, VR2, VR3를 멀티미터로 측정하여 기록한다.

공학/기술| 2020.10.28| 3페이지| 1,000원| 조회(312)

직렬, 한빛, 5장, 병렬, 직렬과 병렬, 실험예비보고서, 한빛아카데미

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