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[19년]중앙대학교 전기회로설계및실습 [결과]실습 13. 발전기 원리 실험

전기회로 설계 및 실습 결과 보고서실습 13.발전기 원리 실험담당 교수 :조 :이름 :학번 :제출일 : 19.12.07요약: 패러데이 법칙을 확인, 발전기, 인덕터, 변압기를 실험적으로 이해하는 실험이였다. 코일의 인덕턴스 값을 구하였다. L=182.5mH,오차율 0.28%였다. 코일에 자석을 집어넣을 때와 뺄 때 코일에 유도되는 전압을 측정해보았다. 자석을 집어넣을 때는 약 7V의 양의 전압이 측정되었고, 뺄 때에는 약?9V의 음의 전압이 측정되었다. 코일을 뒤집어서 똑같은 실험을 해본 결과, 처음과는 극성이 반대로 나타났다. 이를 통해 유도전압의 방향성을 확인해 볼 수 있었다. 이번에는 코일 양단에 10Ω, 10kΩ의 저항을 연결하고 위의 실험을 반복하여 저항에 걸리는 전압의 파형을 저장해보았다. 10Ω 저항에 걸리는 전압은 집어넣을 때 276mV, 뺄 때 ?360mV. 10kΩ 저항에 걸리는 전압은 집어넣을 때 5.44V, 뺄 때 ?8.8V였다. 이는 Voltage divider의 원리에 의한 것이다. 코일의 양단에 LED를 연결하고 위의 실험을 반복해본 결과, 자석의 극성을 바꾸지 않은 경우에는 불이 들어왔고, 극성을 반대로 한 경우에는 불이 들어오지 않았다. 이는 한 반향의 전류만 통과시키는 Diode의 특성 때문이다. 이를 통해 Diode의 방향을 예상할 수 있었다. LED의 Forward voltage drop은 0.72V, 오차율 2.86%였다. 대체로 예상한 결과가 도출되어 성공적인 실험이였다.4. 설계실습내용 및 분석4.1 설계실습 8을 응용하여 코일의 인덕턴스를 측정하라. 파형을 저장, 제출하라.코일의 인덕턴스를 측정하기 위해 다음과 같이 10 kΩ의 저항, 코일을 직렬로 연결하여 회로를 구성하고 입력은 사각파(0 V to 1 V, duty cycle = 50%, 1 kHz)로 했다. 소자의 실제 측정값은 R = 9.8909 kΩ, 코일의 저항성분 = 27.624 Ω이었다.회로도파형(CH1-입력, CH2-저항전압)위 회로에서 CH1 : 입력, CH2 : 저항전압으로 한 오실로스코프의 화면이다.여기서 저항전압이 1V까지 못 커지는 이유는 코일의 저항성분 27.624Ω에도 전압이 걸리기 때문이다. 위의 파형을 통해 RL 시정수 τ를 측정해본 결과tau `=`18.4` mu s 이었고,tau `=` {L} over {R} `=` {L} over {9.8909k OMEGA +27.624 OMEGA } `=`18.4` mu s이므로 코일의 인덕턴스 L = 182.5 mH 이다. 하지만 코일의 저항성분 27.624Ω을 무시한채 측정하면tau `=` {L} over {R} `=` {L} over {9.8909k OMEGA } `=`18.4` mu sL = 182.0 mH로 오차율 0.28%로 매우 근사하다.4.2 코일을 세워 놓고 자석을 집어넣는 순간과 빼는 순간에 코일 양단에서 유기되는 전압의 파형을 저장 제출한다. 또 코일을 뒤집어서 같은 측정을 한다. 우선 Auto trigger 모드에서 전압의 크기를 대충 파악한 후 single 또는 Norm로 조정하고 순간적인 파형을 포착한다. 측정전압을 이용하여 자속의 변화율을 계산하라.코일 양단에 유기되는 전압CH1 : 코일 양단에 유기되는 전압으로 한 오실로스코프의 화면이다.코일에 자석을 집어넣을 때와 뺄 때 코일에 유도되는 전압을 측정해보았다.실험의 일관성을 위해 집어넣고 빼는 속도를 같게 하려고 노력하였다.코일을 똑바로 세워놓고 자석을 집어넣을 때 6.71 V의 양의 전압이 측정되었고 자석을 뺄 때는 ?8.8 V의 음의 전압이 측정되었고 파형은 위와 같다.코일을 똑바로 세웠을 때와 뒤집었을 때 유도전압의 크기는 비슷했고 부호는 반대로 측정되었다.이를 통해 유도전압의 방향성을 확인해 볼 수 있었다. 코일의 감은횟수를 N이라고 할 때,V _{emf} `=`-N {d PHI } over {dt}를 이용해 자속의 변화율{d PHI } over {dt}을 계산해보면 코일을 똑바로 놓은 경우 집어넣을 때 약 7/N [Wb/s] 이고 뺄 때 약 -9/N [Wb/s] 이다.집어넣고 빼는 속도를 같게하기 힘들어 실험이 객관적으로 진행되지 못하였다고 생각한다.4.3 코일 양단에 10 Ω, 10 kΩ을 각각 연결하고 위 실험을 반복하여 저항에 걸리는 전압의 파형을 저장, 제출하라. 왜 이런 측정값이 나오는지 회로를 그려서 분석하라.BreadBoard회로도저항에 걸리는 전압(10kΩ)CH1 : 코일 양단에 유기되는 전압으로 한 오실로스코프의 화면이다.10 kΩ 저항에 걸리는 전압은 집어넣을 때 5.44 V, 뺄 때 ?8.8 V이고, 파형은 위와 같다.저항에 걸리는 전압(10Ω)CH2 : 코일 양단에 유기되는 전압으로 한 오실로스코프의 화면이다.10 Ω 저항에 걸리는 전압은 집어넣을 때 276 mV, 뺄 때 ?360 mV이고 파형은 위와 같다.등가회로는 다음과 같다.따라서 부하저항 RL에 걸리는 전압은 Voltage divider의 원리에 의해{R _{L}} over {Rin+R _{L}} V _{emf} `= {R _{L}} over {27 OMEGA +R _{L}} V _{emf} `이다. 이 식을 이용하여 계산해보면 위의 측정값들과 비슷한 전압 값들이 나온다.4.4 (a)그림 1의 화살표까지만 자석을 넣은 상태에서 자석을 뺄 때 코일 출력단자에서 발생하는 파형을 저장, 제출한다. 또 자석의 극성을 뒤집어서 같은 실험을 반복한다. (b)코일 출력단자에 LED를 연결하라. (a)와 같이 자석을 빼면서, 또 뒤집은 자석을 빼면서 LED의 밝기를 비교하고 LED에 걸리는 전압의 파형을 저장 제출한다. 왜 그런 파형이 나오는지 분석한다. LED의 Forward voltage drop은 얼마정도인가?(a)코일 출력단자에서 발생하는 파형CH1 : 코일 양단에 유기되는 전압으로 한 오실로스코프의 화면이다.(b)BreadBoard회로도코일 출력단자에서 발생하는 파형CH1 : 코일 양단에 유기되는 전압으로 한 오실로스코프의 화면이다.코일의 양단에 LED를 연결하고 위의 실험을 반복해본 결과, 자석의 극성을 바꾸지 않은 경우에는 불이 들어왔고, 극성을 반대로 한 경우에는 불이 들어오지 않았다. 이는 한 반향의 전류만 통과시키는 Diode의 특성 때문이다. 자석의 극성을 바꾸지 않고 자석을 뺄 때 음의 전압이 유도되므로 이 LED는 음의 전압이 걸렸을 때 동작하는 Diode이고 이를 통해 Diode의 방향을 예상할 수 있었다.LED의 Forward voltage drop은 LED에 걸리는 전압파형의 파일이 누락되어 첨부하지 못하였습니다.결과값은 0.72V의 Forward Voltage drop을 가지며 이론값 0.7V와 오차율 2.86%였다.3. 결론패러데이 법칙을 실험적으로 확인, 발전기, 인덕터, 변압기를 실험적으로 이해하는 실험이였다. 코일의 인덕턴스를 측정하기 위해 1 kΩ의 저항, 코일을 직렬로 연결하여 회로를 구성하고 입력은 사각파(0 V to 1 V, duty cycle = 50%, 1 kHz)로 했다. 소자의 실제 측정값은 R = 9.8909 kΩ, 코일의 저항성분 = 27.624Ω 이었다. 오실로스코프를 통해 시정수를 측정한 결과,tau `=`18.4` mu s 이었고, 구한 코일의 인덕턴스 L = 182.5 mH 이었다.

공학/기술| 2019.12.06| 7페이지| 1,000원| 조회(195)

중앙대학교, 결과, 전기회로설계및실습, 발전기 원리 실험

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[19년]중앙대학교 전기회로설계및실습 [결과]실습 12. 수동소자의 고주파특성측정방법의 설계

전기회로 설계 및 실습 결과 보고서실습 12. 수동소자의 고주파특성측정방법의 설계담당 교수 :조 :이름 :학번 :제출일 : 19.12.07요약 : RL,RC의 고주파 특성을 측정하는 회로를 설계, 등가회로를 이해, 넓은 주파수영역에서의 동작을 이해하는 실험이였다. R,C를 직렬로 연결한 회로를 구성하고 C의 고주파특성을 관찰하기 위해 전달함수의 크기와 위상차를 측정하였다. 전달함수의 크기는 100Hz~500Hz에서 1에 가까운 값을 가졌고, 1MHz에서부터 조금 변해, 4MHz일 때 최솟값 0.879을 가졌다. 커패시터가 인덕터로 동작하기 시작하는 주파수는 4MHz였다. 위상차는 전체적으로 양의 값을 가졌고, 100Hz 일 때 ,1kHz일 때 급격하게 감소하였다, 주파수가 커질수록 감소하는 경향을 나타냈다.R,L를 직렬로 연결한 회로를 구성하고 L의 고주파특성을 측정하기 위해 위와 같은 과정을 반복했다. 전달함수의 크기는 100Hz~100kHz에서 1에 가까운 값을 유지하다가, 100kHz~500kHz에서 급격하게 감소하여 0에 가까운 값을 가졌으며 500kHz일 때 최솟값 0.044를 가졌다. 인덕터가 커패시터로 동작하기 시작하는 주파수가 100KHz였다. 위상차는 100kHz부터 출력이 입력보다 뒤쳐져 음의 값을 가졌고, 200 kHz일 때 최솟값 ?112.32°를 가졌다. 성공적인 실험이였으며, 커패시터와 인덕터의 고주파특성을 확인해볼 수 있었다.4.설계실습내용 및 분석4.1 R=10k OMEGA , C =100nF가 직렬로 연결된 회로의 주파수 응답을 측정한다. 먼저 R을 정확히 측정하여 기록하라. 입력을 2V(peak to peak) 정현파로 하고 주파수를 100Hz에서 FG의 최대주파수까지 높이면서 R의 전압을 출력으로 하여 transfer function의 크기와 위상차를 측정 기록하라. 기록하기 전에 주파수를 높이면서 적당한 주파수간격을 미리 설정하라. Transfer function의 변화가 많은 곳은 작은 간격으로 측정한다. 실험에 사용된 소자의 정확한 값을 사용한 transfer function과 측정결과를 같은 그래프에 그려서 제출하라. 비교, 분석하라. 어느 주파수에서부터 이론과 실제가 달라지는가? 확실히 인덕터라고 할 수 있는 주파수는 얼마이며, 그 근거는 무엇인가? 등가회로와 잘 맞는다고 생각 하는가?다음과 같이 10 kΩ의 저항, 100 nF의 커패시터를 직렬로 연결한 회로를 구성하고 입력을 2 Vpp 사인파, 출력을 저항전압으로 하였다. 소자의 실제 측정값은 R = 9.8909 kΩ, C = 135 nF 이었다.회로도BreadBoard커패시터의 고주파특성을 측정하기 위해 입력의 주파수를 100 Hz부터 FG의 최대주파수인 15 MHz까지 높이면서 입력과 출력의 변화를 측정해보았다. 다음 표는 입력 주파수에 따른 입력전압의 크기(Vpp), 출력전압의 크기(Vpp), 출력과 입력 사이의 위상차( °)이다.입력 주파수(Hz)입력전압 크기(Vpp)출력전압 크기(Vpp)위상차( °)1002.031.2753.285002.072.03181k2.032.077.250k2.002.110100k2.002.0701M2.112.1102M2.202.1104M2.402.11010M1.41.3-3.611.2M1.711.91201.615M1.020.98-10.8LEFT | H RIGHT | = LEFT | {V _{o}} over {V _{i}} RIGHT | `=` {1} over {sqrt {1+( {1} over {omega RC} ) ^{2}}}을 이용하여 구한 이론값 H와 위의 측정값들을 이용해 구한 측정값 H의 그래프는 다음과 같다.측정결과, trasfer function의 크기는 100 Hz ~ 500 Hz에서 급격하게 증가하여 500 Hz부터는 1에 가까운 값을 가졌고, 2 MHz까지 1에 가까운 값을 유지하다가 1 MHz부터 미세하게 변화하여 4MHz일 때 최솟값 0.879을 가졌다. 이론상 transfer function의 크기는 계속 1을 향해 증가하여야하지만 1 MHz ~ 10 MHz부터 감소하기 시작했으므로, 커패시터가 인덕터로 동작하기 시작하는 주파수가 이 구간이다. 100 Hz~50kHz구간에서 오차율이 90%에 임박하였다. 이는 입력전압과 출력전압을 정밀하게 측정하지 못해서 나타난 오차이다. 조금만 달라져도 오차율이 크게 변하여 이와 같은 결과가 나타났다.다음으로 측정값 θ의 그래프는 다음과 같다.위와 같이 위상차는 전체적으로 출력이 입력보다 앞서 양의 값을 가졌고, 100 Hz 일 때 53.27 °, 1 kHz 일 때 7.2 °로 급격하게 감소하였다. 50 kHz ~ 4 MHz에서는 차이가 없었고 4~15 MHz에서는 출력이 입력보다 뒤쳐져 음의 값을 가졌고, 일정하진 않지만 주파수가 커질수록 점점 감소하는 경향을 나타냈다. 15 MHz일 때 최솟값 ?10.8 °를 가졌다.또한 11.2MHz일때는 201°로 급격하게 상승하였다. 이에 대한 원인은 파악 할수 없었다.위상차에서의 오차는 time delay값을 정밀하게 측정하지 못해서 나타났다.4.2 R =10k OMEGA , L =10mH가 직렬로 연결된 회로의 주파수 응답을 측정한다. 먼저 R과 L의 저항을 정확히 측정하여 기록한다. 4.1과 같은 방법으로 실험하라. 확실히 커패시터라고 할 수 있는 주파수는 얼마이며, 그 근거는 무엇인가? 등가회로와 잘 맞는다고 생각 하는가?다음과 같이 10 kΩ의 저항, 10 mH의 인덕터를 직렬로 연결한 회로를 구성하고 입력을 2 Vpp 사인파, 출력을 저항전압으로 하였다. 소자의 실제 측정값은 L = 10 mH로 가정하였고, 인덕터의 저항성분 = 27.624 Ω, R = 9.8909 kΩ이었다.회로도BreadBoard인덕터의 고주파특성을 측정하기 위해 입력의 주파수를 100 Hz부터 FG의 최대주파수인 15 MHz까지 높이면서 입력과 출력의 변화를 측정해보았다. 다음 표는 입력 주파수에 따른 입력전압의 크기(Vpp), 출력전압의 크기(Vpp), 출력과 입력 사이의 위상차( °)이다.입력 주파수(Hz)입력전압 크기(Vpp)출력전압 크기(Vpp)위상차( °)1002.032.1605002.072.1601k2.032.16010k2.032.16050k2.032.2718100k2.002.54-48.96200k2.031.2-112.32500k2.030.09-631M1.260.11225.210M1.650.141815M1.320.1354H측정과정 (CH1-입력,CH2-출력)LEFT | H RIGHT | = LEFT | {V _{o}} over {V _{i}} RIGHT | `=` {1} over {sqrt {1+( {omega L} over {R} ) ^{2}}}을 이용하여 구한 이론값 H와 위의 측정값들을 이용해 구한 측정값 H의 그래프는 다음과 같다.측정결과, transfer function의 크기는 100 Hz ~ 100 kHz에서 1에 가까운 값을 유지하다가, 100 kHz ~ 500 kHz에서 급격하게 감소하여 500kHz부터 0에 가까운 값을 가졌으며 500 kHz일 때 최솟값 0.044를 가졌다. 500 kHz ~ 15 MHz까지 미세하게 증가하였다 이론상 transfer function의 크기는 계속 0을 향해 감소하여야하지만 500 kHz 부터 증가하기 시작했으므로, 우리는 인덕터가 커패시터로 동작하기 시작하는 주파수가 이 구간이라고 결론을 내렸다. 커패시터에 비해 오차가 다소 큰 경향이 있는데 이는 지금까지 인덕터를 이용한 실습의 오차가 항상 큰 편이였기 때문이다.측정값 θ의 그래프는 다음과 같다.위상차 측정과정(CH1-입력, CH2-출력)위와 같이 위상차는 100 Hz ~ 10 kHz에서는 출력과 입력의 위상차가 없었고, 100 kHz부터 출력이 입력보다 뒤쳐져 음의 값을 가졌고, 급격하게 감소하여 200 kHz일 때 최솟값 ?112.32 °를 가졌다. 200 kHz부터 다시 증가하여 출력이 입력을 앞서 15 MHz일 때 최댓값 54 °를 가졌다.3. 결론R,L,C의 고주파 특성을 측정하는 회로를 설계하고 실험을 통하여 등가회로를 이해, 넓은 주파수영역에서의 동작을 이해하는 실험이였다. 10 kΩ의 저항, 100 nF의 커패시터를 직렬로 연결한 회로를 구성하고 입력을 2 Vpp 사인파, 출력을 저항전압으로 하였다. 소자의 실제 측정값은 R = 9.8909 kΩ, C = 135 nF 이었다. 커패시터의 고주파특성을 측정하기 위해 입력의 주파수를 100 Hz부터 FG의 최대주파수인 15 MHz까지 높이면서 transfer function의 크기와 위상차를 측정하였다. 측정결과, trasfer function의 크기는 100 Hz ~ 500 Hz에서 급격하게 증가하여 1에 가까운 값을 가졌고, 2 MHz까지 1에 가까운 값을 유지하다가 1 MHz에서부터 미세하게 변화하기 시작하여 4MHz일 때 최솟값 0.879을 가졌다. 커패시터가 인덕터로 동작하기 시작하는 주파수는 4MHz였다. 위상차는 전체적으로 양의 값을 가졌고, 100 Hz 일 때 53.27 °, 1 kHz 일 때 7.2 °로 급격하게 감소하였다. 50 kHz ~ 4 MHz에서는 차이가 없었고, 일정하진 않지만 주파수가 커질수록 점점 감소하는 경향을 나타냈다. 15 MHz일 때 최솟값 ?10.8 °를 가졌다. 또한 11.2MHz일때는 201°로 급격하게 상승하였다.

공학/기술| 2019.12.06| 7페이지| 1,000원| 조회(203)

중앙대학교, 결과, 전기회로설계및실습, 수동소자의 고주파특성측정방법의 설계

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[19년]중앙대학교 전기회로설계및실습 [결과]실습 11. 공진회로(Resonant Circuit)와 대역여파기설계

전기회로 설계 및 실습 결과 보고서실습 11.공진회로(Resonant Circuit)와 대역여파기설계담당 교수 :조 :조원 :작성자 이름 :학번 :제출일 : 19.11.20요약: RLC 직렬공진 회로 및 병렬회로의 주파수응답을 이해하고 필터에의 응용을 이해하는 실험으로서 RLC 공진회로를 이용해 Bandpass, Bandstop filter를 설계, 제작, 실험하였다. Q값을 1과 10으로 구성하여 설계, 비교하였다. 설계하며 공진주파수, 반전력주파수, 대역폭, Q-factor의 이론치와 실험치를 비교하였는데 Q값에 1인 경우 Bandpass Bandstop 모두 오차가 같았고, 공진주파수는 16kHz, 반전력주파수는 9.839, 25.759kHz, 대역폭은 15.99Khz Q값은 1이 도출되었다. 이는 각각의 오차가 0.5, 0.09, 0.1, 0.43%로 0.5%이내에 드는 오차였다. 반면 Q값이 10인경우 Bandpass, Bandstop 공진주파수는 15.92kHz, 반전력주파수는 14.5, 16.9kHz, 대역폭은 2.4Khz Q값은 1이 도출되었다. 이는 각각의 오차가 3.8, 4.3, 0.9 50.8% Q=1에 비해 오차가 매우 컸다. 최대 오차율 50%를 넘어선 값이 도출되어 이에 대해 더 논의해야 한다.4. 설계실습내용 및 분석4.1 실험계획서에서 설계한 RLC직렬 bandpass filter (Q = 1, Q = 10)를 구성하고 R에 걸리는 전압을 출력이라 하였을 때 transfer function의 크기를 주파수를 변화시키면서 측정하라. 입력은 2V(peak to peak) 정현파를 사용하라. 설계실습계획서에서 결정한 주파수에서 측정하라. 저항과 인덕터의 저항성분을 DMM으로 측정하여 기록하라. 공진주파수, 반전력주파수, 대역폭, Q-factor를 실험으로 구하라. 정확한 실험을 위해서는 가변저항을 사용하라. 실험에 사용된 소자의 정확한 값을 사용해 계산한 transfer function과 실험 4.1의 결과를 같은 그래프에 그려서 제출하라. 비교, 분석하라. 공진주파수, 반전력주파수, 대역폭, Q-factor의 이론치와 실험치를 비교하라. 오차는 몇 %인가? 오차의 원인은 무엇이라 생각하는가?*Case 1Q = 1R의 저항 = 0.986 ㏀L의 저항 = 27.54 Ω공진주파수 = 16khz반전력 주파수 = 9.8khz , 25.71khz대역폭 = 15.99khzQ-factor ={16} over {15.99} image 1주파수(kHz)H(측정값)20.2650.759.8391.32111.48131.64141.72151.76161.76181.72201.64221.5625.7591.36281.28301.20500.721000.32공진주파수(wo)는 16kHz로 이론값 15.92와 0.5%의 오차를 가진다.반전력주파수(w1,w2)는 각각 9.8, 25.71kHz로 이론값 9.839, 25.759kHz와 오차 0.09%, 0.1%로 나타났다.대역폭(B)은 15.99kHz로 이론값 15.92kHz와 오차 0.43%로 나타났다.위 오차들은 공진주파수가 0.5%오차로 가장 큰 오차가 나타났으나 0.5%는 아주 작은 오차로서 성공적인 실험이였음을 알 수 있다. 오차요인은 계측장비와 소자값의 오차, 오실로스코프를 통한 결과값 측정이 오차를 만들어냈음을 예상할 수 있다.*Case 2Q = 10R의 저항 = 0.986 ㏀L의 저항 = 27.54 Ω공진주파수 = 15.3khz반전력 주파수 = 14.5khz , 16.9khz대역폭 = 2.4khzQ-factor ={15.3} over {2.4}주파수(kHz)H(측정값)20.03250.082100.212110.272130.486150.78415.1440.792160.74416.7350.672180.536200.36220.288260.2300.154500.081000.04공진주파수(wo)는 15.3kHz로 이론값 15.92와 3.8%의 오차를 가진다.반전력주파수(w1,w2)는 각각 14.5, 16.9kHz로 이론값 15.144, 16.735kHz와 오차 4.3%, 0.9%로 나타났다.대역폭(B)은 2.4kHz로 이론값 1.591kHz와 오차 50.8%로 나타났다.대역폭의 오차는 50.8%로 매우 크게 발생하였다. Q가 10일 경우 저항의 값이 작기때문에 더 큰 오차가 발생하였다고 생각되나 50.8%라는 수치는 매우 큰 오차이므로 실험이 어떤 부분에서 잘못되었다고 생각된다. 실험도중 이를 간과하고 진행하여 다음 실험부턴 오차율을 꼼꼼히 체크하며 진행하여야 겠다.오차요인은 계측장비와 소자값의 오차, 오실로스코프를 통한 결과값 측정이 오차를 만들어냈음을 예상할 수 있다.4.2 실험계획서에서 설계한 RLC 병렬 bandstop filter를 구성하고R에 걸리는 전압을 출력이라 하였을때 transfer function의 크기와 위상차를 주파수를 변화시키면서 측정하라. 입력은 2V(peak to peak) 정현파를 사용하라. 실습계획서에서 결정한 주파수에서 측정하라. 저항과 인덕터의 저항성분을 DMM으로 측정하여 기록하라. 공진주파수, 반전력주파수, 대역폭, Q-factor를 실험으로 구하라. 정확한 실험을 위해서는 가변저항을 사용하라. 실험에 사용된 소자의 정확한 값을 사용해 계산한 transfer function과 실험 4.1의 결과를 같은 그래프에 그려서 제출하라. 비교, 분석하라. 공진주파수, 반전력주파수, 대역폭, Q-factor의 이론치와 실험치를 비교하라. 오차는 몇 %인가 오차의 원인은 무엇이라 생각하는가?*Case 1R의 저항 = 0.986 ㏀L의 저항 = 27.54 Ω공진주파수 = 16khz반전력 주파수 = 9.8khz , 25.71khz대역폭 = 15.99khzQ-factor ={16} over {15.99} image 1주파수(kHz)H(측정값)21.8451.729.8391.32111.16130.768140.452150.3160.248180.526200.802221.0825.7591.32281.44301.52501.761001.88공진주파수(wo)는 16kHz로 이론값 15.92와 0.5%의 오차를 가진다.반전력주파수(w1,w2)는 각각 9.8, 25.71kHz로 이론값 9.839, 25.759kHz와 오차 0.09%, 0.1%로 나타났다.대역폭(B)은 15.99kHz로 이론값 15.92kHz와 오차 0.43%로 나타났다.위 값은 4.1에서 한값과 동일하게 나왔으며 오차율또한 동일했다. 이는 Q=1이였기 때문에 일어난 현상이라 생각된다. 분석또한 동일하게 진행하였다.위 오차들은 공진주파수가 0.5%오차로 가장 큰 오차가 나타났으나 0.5%는 아주 작은 오차로서 성공적인 실험이였음을 알 수 있다. 오차요인은 계측장비와 소자값의 오차, 오실로스코프를 통한 결과값 측정이 오차를 만들어냈음을 예상할 수 있다.결론 : RLC 직렬공진 회로 및 병렬회로의 주파수응답을 이해하고 필터에의 응용을 이해하는 실험으로서 RLC 공진회로를 이용해 Bandpass, Bandstop filter를 설계, 제작, 실험하였다. 이 과정에서 각각의 필터에 대한 이해를 할 수 있었으며 R,L,C소자를 모두 이용한 직 병렬회로 구성했을 때의 차이점을 알 수 있었다. 또한 Q값을 1과 10으로 구성하여 설계, 비교하였다. 설계하며 공진주파수, 반전력주파수, 대역폭, Q-factor의 이론치와 실험치를 비교하면서 공진주파수, 반전력주파수 대역폭 Q-factor가 의미하는 것은 무엇인지, 이것을 비교해서 알 수 있는 것은 무엇인지를 알 수 있었다. Q값에 1인 경우 Bandpass Bandstop 모두 오차가 같았고, 공진주파수는 16kHz, 반전력주파수는 9.839, 25.759kHz, 대역폭은 15.99Khz Q값은 1이 도출되었다. 이는 각각의 오차가 0.5, 0.09, 0.1, 0.43%로 0.5%이내에 드는 오차였다. 그래서 매우 성공적인 실험이였다고 생각된다. Q-factor값이 1이였기 때문에 이런 결과가 도출되었다고 생각되고 반면 Q값이 10인경우는 매우 까다로운 실험이였다. 원하는 작은 오차값이 나오지 않아 실험과정이 계속 번복되었다. Bandpass, Bandstop 공진주파수는 15.92kHz, 반전력주파수는 14.5, 16.9kHz, 대역폭은 2.4Khz Q값은 1이 도출되었다. 이는 각각의 오차가 3.8, 4.3, 0.9 50.8% Q=1에 비해 오차가 매우 컸다. 오차가 매우 큰 원인에 대해 Q가 10일 경우 저항의 값이 작기때문에 더 큰 오차가 발생하였다고 생각했으나 그럼에도 불구하고 최대 오차율 50%를 넘어선 값은 매우 큰 오차이므로 이 외에도 다른 원인이 있을 것으로 예상된다. 이에 대해 더 논의, 분석해보아야 한다.

공학/기술| 2019.11.29| 7페이지| 1,000원| 조회(160)

중앙대학교, 전기회로설계실습, 공진회로와 대역여파기설계

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[19년]중앙대학교 전기회로설계및실습 [결과]실습 7. RC회로의 시정수 측정회로 및 방법설계 평가C아쉬워요

전기회로 설계 및 실습 결과 보고서7장. RC회로의 시정수 측정회로 및 방법설계담당 교수 :조 :조원 :작성자 이름 :학번 :제출일 : 19.11.06요약 :DMM내부저항에 걸리는 전압을 측정하여 DMM내부저항값(9.949M OMEGA )을 찾아내었고 DMM내부저항과 커패시터를(RC회로)를 설계하여 시상수를 측정하였다. 이론값과 측정값은 각각 22.882, 22.423초, 오차율 -2.006%이 측정되었다. 스탑워치를 측정, 커패시터를 완전히 충방전시키지 못한점이 오차를 만들어냈다. 다음으로 저항값을M OMEGA 에서 KOMEGA 으로 낮추고mu F에서 nF으로 낮춘 RC회로를 설계하여 실험하였다.tau (이론값): 9.873mu s,tau (측정값): 9.8mu s, 오차율 : -0.739%이 측정되었고 오차가 거의 없어 잘 된 실험이였다. 함수발생기(+), 저항, 커패시터, 함수발생기(접지)의 순서로 연결하고 저항의 양단에 오실로스코프의 단자를 연결하는 회로를 통해 커패시터가 제 역활을 하지 못하는 설계, 커패시터가 저항에 걸리는 전압에 DC성분을 제거해주는 설계 또한 해보았다. 마지막으로 주파수의 주기가tau (시정수)의 10배를 만족하지 못하면, 커패시터에 에너지가 완전히 충방전되기 전에 에너지를 충방출됨을 알아냈다.* 실험에 사용된 부품의 실제값이론값실제값오차율저항 22M OMEGA 22M OMEGA 22.146M OMEGA 0.664%저항 1KOMEGA 1KOMEGA 1.0023KOMEGA 0.23%커패시터 2.2mu F2.2mu F2.3mu F4.545%커패시터 10nF10nF9.85nF-1.5%4. 설계실습내용 및 분석4.1 출력전압이 5V가 되도록 DC Power Supply을 정확히 조정한 후 (+)단자에만 22M OMEGA 저항을 연결하고 DMM으로 22M OMEGA 나머지 단자와 DC Power Supply의 (-)단자 사이의 전압을 측정하라. 그 결과를 이용하여 DMM의 내부저항을 계산하여 제출하라. DMM의 내부 저항의 크기가 이 정도라면 실제로 DMM을 사용하여 전압을 측정할 경우 무엇을 조심해야하는가?회로도BreadBoard저항 22M OMEGA 과 DMM, 전원을 직렬 연결하여 DMM에 걸리는 전압을 측정하면측정 전압값 : 1.557V가 측정되며 이를 통해 DMM의 내부저항을 구할 수 있다.V _{DMM} =V _{} {R _{DMM}} over {R _{DMM} +R _{1}}#1.557`=`5 {R} over {R`+`22M OMEGA }위 관계식을 풀면R _{DMM} ``=``9.949M OMEGA 을 얻을 수 있다.이를 통해 DMM 내부저항이 대략 10M OMEGA 정도 인것을 알아 내었고이는 DMM의 내부저항 값을 고려하여 실험에 임하여야 하는 수치이다.4.2 DMM의 내부저항과 2.2mu F의 커패시터를 이용하여 RC time constant를 측정하고자 한다. 시계를 이용하여 충전시간을 측정하거나 방전시간을 측정하는 방법으로 RC time constant를 측정하여 제출하라. (스위치를 사용하는 것이 바람직하며 한 번만 측정하지 말고 여러 번 여러 시간에 대해 측정하여 평균을 내도록한다.) DMM과 시계를 사용한tau 의 측정에 있어서 본인이 계획한 측정방법과 실제 측정방법에 차이가 있는 경우 그 차이를 분석하라. 계산한tau 와 실험한tau 의 오차(%)는 얼마인가? 오차의 원인은 무엇이라고 생각하는가?회로도BreadBoardDMM 내부저항: 9.949M OMEGA 커패시터(2.2mu F) 측정값: 2.3mu Ftau (이론값) : 22.882초tau (측정값) : 22.423초오차율 : -2.006%*측정한tau 값의 표횟수123456평균tau 값(s)21.4522.2422.7522.6922.6122.8022.423333*측정한tau 값의 그래프실제 측정은 계획한 대로 하였다. 그런데 오차가 -부호로 나왔다.이를 통해 오차요인으로 유추할 수 있는 것들로는1. 충전된 커패시터를 충분히 충방전시키지 못한점2. 스탑워치를 이용한 시간 측정이였기 때문에 정밀하지 못한점이 있다.4.3 Function Generator의 출력을 1V의 사각파(high = 1V, low = 0V, duty cycle = 50%)로 하라. 설계실습 계획서에서 설계한 대로 입력사각파(CH1)와 저항전압(CH2)을 동시에 관측할 수 있도록 연결하고 파형을 저장하여 제출하라. 계산한tau 와 실험한tau 의 오차(%)는 얼마인가? 오차의 원인은 무엇이라 생각하는가? 계산한tau 와 실험한tau 의 오차(%)는 얼마인가?오차의 원인은 무엇이라 생각하는가?회로도BreadBoard오실로스코프1kOMEGA 저항: 1.0023kOMEGA 커패시터(10nF): 9.85nFtau (이론값) : 9.873mu stau (측정값) : 9.8mu s오차율 : -0.739%오차는 아주 작은 값이 나왔다. 매우 정밀하게 실험하였다고 볼 수 있으나 이 작은 값이 나온 이유는 오실로스코프의 커서버튼을 이용하여 X2-X1 값으로 측정하였는데 이를 통해 매우 미세한 값까지는 도출하지 못하였기 때문이다.4.4 Function Generator(+), 저항, 커패시터, Function Generator(접지)의 순서로 연결하고 저항의 양단에 오실로스코프의 단자를 연결하였을 때의 파형을 측정하고 스케치하라. 왜 이러한 파형이 나타나는가? 이 측정으로 무엇을 알았는가?회로도BreadBoard오실로스코프위 회로는 오실로스코프의 CH1의 접지와 함수발생기의 접지가 커패시터 양단에 걸리게 되므로 함수발생기, 오실로스코프, 저항으로 이루어진 회로가 되며 바뀐 회로에서는 함수발생기의 입력파형과 동일하게 출력파형을 얻을 것임을 예상했으며, 결과적으로도 동일하게 나와서 예상한바와 일치함을 알아냈다.4.5 Function Generator의 출력을 1V(peak to peak)의 사각파(high = 0.5V, low = -0.5V, duty cycle = 50%)로 하고 실험 4.3을 반복하라. 저항에 걸리는 전압파형이 왜 이런 모양이 나오는지 설명하라.회로도BreadBoard오실로스코프저항에 걸리는 전압은 DC성분에 대한 영향이 없음을 관찰 할 수 있다.따라서 offset의 영향을 받지 않은 것으로 보이며, 이를 통해 입력 파형중 커패시터가 DC성분의 파형을 필터링해주는 것을 알아냈다.4.6 실험 4.3에서 측정한tau 가 주기인 주파수를 가진 사각파를 입력하여 R, C에 걸리는 전압을 측정하여 스케치하라. 이러한 파형이 나오는 이유를 설명하라.(사각파의 주파수만 다르고, 회로는 4.3과 동일하다.)회로 4.3저항에 걸리는 전압커패시터에 걸리는 전압에너지가 커패시터를 통해 충전되거나 방출하기 위해서는 시정수의 5배의 시간이 충족되어야 한다. 그러므로 주파수의 주기도tau (시정수)의 10배가 되어야 한다. 하지만 주어진 조건에서tau 가 주기이므로, 시간이 충족되지 못했다. 주기가 짧아졌기 때문에 커패시터에 완전히 에너지가 충전되기 전에 저항에 의해 에너지를 방출되며, 방출하는 시간도 충전과 같이 짧아 완전히 방출하기 전에 다시 에너지가 충전되므로 위와 같은 파형이 나왔다.3. 결과DMM내부저항에 걸리는 전압을 측정하여 DMM내부저항값(9.949M OMEGA )을 찾아내었고 이를 통해 알고있던 DMM내부저항 10M OMEGA 과 오차율이 -0.51%으로 이상없는 DMM기기 임을 알았고, DMM내부저항과 커패시터를(RC회로)를 설계하여 시상수를 측정하였다. 이론값과 측정값은 각각 22.882, 22.423초, 오차율 -2.006%이 측정되었다. 이 부분에서 -2%라는 애매한 수치를 고민하던 중 스탑워치를 측정, 커패시터를 완전히 충방전시키지 못한점이 오차를 만들어냈음을 알아 측정값을 0.1초 가까이 바꾸어 보니 -1.569%로 약 0.5%나 오차율이 줄어드는 것을 확인하였다. 0.1초의 잘못된 측정이 높은 오차율을 만들어냄을 확인하여 스탑워치를 통한 정밀하지 못했던 점이 오차율을 만들어냄을 알아냈다. 다음으로 저항값을

공학/기술| 2019.11.26| 11페이지| 1,000원| 조회(209)

전기회로, RC회로의 시정수 측정회로 및 방법설, 중앙대학교 전기회로설계및실..

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[19년]중앙대학교 전기회로설계및실습 [결과]실습 6. 계측장비 및 교류전원의 접지상태의 측정방법설계 평가A+최고예요

전기회로 설계 및 실습 결과 보고서6장. 계측장비 및 교류전원의접지상태의 측정방법설계담당 교수 :조 :조원 :작성자 이름 :학번 :제출일 : 19.10.304. 설계실습 내용 및 분석요약이번 실험은 DMM, Oscilloscope, Function Generator의 접지상태, 즉 내부연결 상태와입력저항을 유추하는 방법을 설계하고 이를 이용하여 계측장비의 사용법을 익혔다.DMM과 오실로스코프를 통해 전압을 측정할 때, DMM은 내부 임피던스에 의해 고주파에서오류가 발생해 1MΩ에서 급격히 오차가 커짐을 보았으나 오실로스코프는 고주파에서도측정이 잘 되었다. 오실로스코프의 BNC의 접지를 회로의 ground에 연결하지 않으면 정확한 값이 도출되지 않는 것도 확인하였고 오실로스코프의 External trigger의 기능도 이해하고 사용하는 기회를 가졌다. 계측장비 및 교류전원의 접지상태의 측정방법설계를 통해 벽면속 배선도, 전원선의 배선도 등을 유추할 수 있었다.4.1(a)DMM을 교류전압측정 모드(ACV)로 설정하라. 벽면 또는 실험대의 교류전원(220V) power outlet(소켓) 두개의 접지단자 사이의 전압을 측정하여 기록하라. ACV모드의 DMM은 Vpp가 아니라 실효값(rms)를 표시한다는 것을 명심하라. 이 전압 값은 무엇을 의미하는가? (b) 하나의 소켓에서 접지를 포함한 단자 사이의 전압을 각각 측정하여 기록하라. (c) 이 값들로부터 실험실 벽면 속의 배선 상태를 유추하고 그려서 제출하라.(a) rms는 Root-Mean-Square의 줄임말 으로서 어떤 교류전압 또는 전류를 저항에 인가하였을 때와 동일한 시간당 열(에너지)을 발생하는 직류값을 그 교류의 실효치(rms)라 정의한다.(b) 두 단자사이의 전압은 206.19V, 양 단자와 접지사이의 전압은 118.82V, 119.24V가 측정되었다.이는 이론값 220V, 110V, 110V와 오차가 각각 -6.28%, 8.11%, 8.55%이다.(c)4.2 (a) 실습 5에서 정의한 것처럼 오실로스 DMM의 전압값을 읽은 후 기록한다. 오실로스크프의 값이 function generator에서 설정한 값의 두 배임을 확인하라. (b) 10 Vpp, 100 Hz에서 주파수만 계속 증가시키면서 DMM의 값이 약 50%로 작아지는 주파수를 찾아서 기록하라. 이를 근거로 오실로스코프와 DMM으로 측정한 값을 주파수에 대한 그래프로 그릴 수 있도록 측정하여 기록하라. (FG의 출력전압조절단자는 100 Hz에서 조정한 후 절대 건드리지 말아야 하며 화면에 사인파의 여러 주기가 보이도록 CH1의 VOLTS/DIV를 조정하면서 읽는다.) 주파수를 x축으로 하고 DMM으로 측정한 전압(y1)과 오실로스코프로 측정한 전압(y2)을 그래프로 그려서 제출하라. (c) 오실로스코프로 측정한 전압을 기준으로 하여 두 측정치 사이의 차이를 %로 표현하여 역시 그래프로 그려 제출하라. (d) 오차의 원인은 무엇이라 생각하는가. 무엇이 더 정확한 값인가? 무슨 근거로 그렇게 생각하는가? (힌트 : DMM의 주파수 특성이 어떨 것 같은가? 오차를 구하거나 그래프로 그릴 때에는 같은 양, 즉 최대값은 최대값끼리, 실효값은 실효값끼리 비교해야 한다. 오차의 기준은 오실로스코프로 읽은 값이다.)(a) 실습 5에서 정의한 것처럼 오실로스코프를 초기조정하고 function generator의 출력을 1 Vpp, 100 Hz 사인파로 설정하고 출력단자에 coaxial cable을 연결하라. 오실로스코프의 CH1 probe와 DMM의 coaxial cable을 function generator의 coaxial cable에 동시에 연결하라. 반드시 검은색끼리 먼저 연결하고 그 후 빨간색과 갈고리를 같이 연결하라. 오실로스코프의 Autoset을 누른다. Measure를 눌러 Vpp를 읽고 DMM의 전압값을 읽은 후 기록한다. 오실로스크프의 값이 function generator에서 설정한 값의 두 배임을 확인하라.Vpp값은 2.09V 이다위 값은 function generator에서 설정한 값의 2배인단자는 100 Hz에서 조정한 후 절대 건드리지 말아야 하며 화면에 사인파의 여러 주기가 보이도록 CH1의 VOLTS/DIV를 조정하면서 읽는다.) 주파수를 x축으로 하고 DMM으로 측정한 전압(y1)과 오실로스코프로 측정한 전압(y2)을 그래프로 그려서 제출하라.-10 V{} _{pp}, 100 Hz 값을 인가했으므로 Vrms 값은 7.0517이며, 705khz가 되었을 때 50%값이 도출 되었다.(c) 오실로스코프로 측정한 전압을 기준으로 하여 두 측정치 사이의 차이를 %로 표현하여 역시 그래프로 그려 제출하라.그래프를 통해 보이듯 100khz보다 커지면 급격히 오차율이 커지는 것을 확인할 수 있다.(d)오차의 원인은 무엇이라 생각하는가. 무엇이 더 정확한 값인가? 무슨 근거로 그렇게 생각하는가? (힌트:DMM의 주파수 특성이 어떨 것 같은가? 오차를 구하거나 그래프로 그릴 때에는 같은 양, 즉 최대값은 최대값끼리, 실효값은 실효값끼리 비교해야 한다. 오차의 기준은 오실로스코프로 읽은 값이다.)DMM의 메뉴얼에서 찾을 수 있는 에러에 대한 공식은으로 나와있다. 즉, 병렬 연결된 내부 커패시터에 의해 고주파에 대한 에러가 발생하였기 때문에 DMM와 오실로스코프 사이에 오차가 발생하였다.이를 통해 DMM은 일정 주파수 이상은 받아들이지 못해 고주파에서는 제대로 측정하지 못함을 확인 할 수 있다.따라서 둘 중 정확한 값은 오실로스코프에 의한 값이다.4.3 DMM을 이용한 DC+AC신호의 측정1. 오실로스코프를 초기조정하고 function generator의 출력을 2 Vpp, 1KHz 사인파, offset 2V로 설정하고 출력에 50Ω 저항을 연결한 후 저항에 걸리는 전압을 오실로스코프 CH2에 연결하라. Autoset을 누른 후 CH1, CH2의 노란 키, 또는 파란 키를 눌러 사인파만 보이게 하라.Bread Board(a) CH2의 coupling을 AC, DC, GND로 바꾸면서 파형의 변화를 관찰하여 평균전압(DC성분), AC성분 전압의 최대값을 읽고 기24V2.597V(b) 위 표로부터 오실로스코프 측정값으로부터 전압을 시간의 함수를 구하고 이 전압의 실효값(이론)에 대한 DMM실효값의 오차를 구하라.sqrt {2.0 ^{2} +( {2.0} over {sqrt {2}} ) ^{2}} =2.449V 이며, DMM실효값은 2.597V이다.따라서 전압의 실효값(이론)에 대한 DMM실효값의 오차는 6.04%이다.오차의 원인으로는 DMM의 내부저항과 오실로스코프의 내부임피던스가 있을 것이다.(c) DMM이 DC Voltage mode일 때와 DMM이 AC Voltage mode일 때 측정된 값이 무엇을 의미하는지 설명하라.DMM이 DC Voltage mode일 때의 값은 DC성분의 값을 나타낸다.마찬가지로 DMM이 AC Voltage mode일 때의 값은 AC성분의 실효값을 나타낸다.4.4 CH2의 coupling을 AC로 둔 상태에서 메뉴 바에서 INVERT/OFF, ON를 바꿔가면서 파형을 고정한 후 파형의 변화를 관찰하고 그 현상을 설명하라.Coupling AC의 기능은 입력신호의 DC성분을 제거하고 AC성분만을 가해주는 것이며Invert의 기능은 입력된 신호에 (-1)을 곱한 파형을 화면에 나타내는 기능이다.따라서 파형의 변화는 X축 대칭이 나타났다.4.5 Oscilloscope의 접지의 이해오실로스코프를 초기조정하라. CH1, CH2의 노란 키, 또는 파란 키를 눌러 선이 두 개 보이도록 하라. Function generator의 출력을 2 Vpp 사인파, 1 khz, offset 0 V인 상태로 조정하라.1. 두 채널에 사인파를 입력하고 Autoset을 눌러 파형이 움직이지 않게 조정한 후 오실로스코프로 function generator의 출력전압을 측정 기록한다.1번 사인파 Vrms : 4.15 ÷sqrt {2} = 2.934V2번 사인파 Vrms : 5.59 ÷sqrt {2} = 2.795V2. 그림 1(a)와 같이 회로①를 구성하라. CH1, CH2 BNC입력단자의 접지(외부금속)는 오실로스코프의 나오는지 회로를 그려서 설명하라)scope의 BNC의 접지를 회로의 ground에 연결하지 않으면 오른쪽 그림의 화살표 방향같이 R2로는 전류가 흐르지 않기 때문에 바른 측정법이 아니다. scope의 BNC의 접지를 회로의 ground에 연결하도록 해야한다.4. (a) 그림 1(a)와 같은 회로에서 “MATH”를 누르고(실습 5 그림의 ⑬) 메뉴 바의 Operation 밑에 “CH1-CH2”가 보일 때까지 그 옆의 키를 누르라. 빨간 파형이 연산결과이다. 화면을 저장, 제출하라.(b) CH2의 파란 키를 누르고 메뉴 바에서 Invert를 “On”으로 하고 화면을 저장, 제출하라. (c) “MATH”를 누르고 메뉴 바의 Operation 밑에 “CH1+CH2”가 보일 때까지 그 옆의 키를 누르라. 화면을 저장, 제출하라. 화면이 (a)와 같은 이유를 설명하라. “MATH”를 눌러 빨간 파형을 제거하라.(a)“MATH”를 이용하여 “CH1-CH2”가 나타난 화면이다.(b)빨간선은 CH1+CH2이며 CH1은 그대로이며 CH2는 Invert 된 화면이다.(c)CH2를 Invert 1회 하였으므로 CH2가 X축 대칭이 이루어졌다. 따라서 (a)에서 나타낸 CH1 -CH2와 (c)에서의 CH1 + (-CH2) = CH1 - CH2 는 같다.4.6 오실로스코프의 입력저항의 이해그림 1(a)에서 두 저항을 모두 1MΩ으로 바꾼 후 저장, 제출하라. CH2의 출력이 CH1출력의 1/2인지 아닌지 확인하고 이렇게 나타나는 이유를 회로를 그려서 설명하라.오실로스코프의 부하효과 때문이다. 오실로스코프가 가지고 있는 내부 임피던스에 의해 이론상 전압값이 나오지 않는것이다. 스코프의 내부 임피던스 값은 1MΩ 으로서, 아래 회로 처럼 설계되며, 결국 부하효과에 의해 원하는 값인 CH2의 출력이 CH1출력의 1/2을 얻을 수 없다.4.7 External trigger의 이해1. 가변저항을 3.3 kΩ으로 조정한 후 그림 1(a)에서 6.8 kΩ대신에 가변저항을 연결하라. 가변저항에 걸명하라.

공학/기술| 2019.11.26| 15페이지| 1,000원| 조회(244)

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