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실험11 LC회로에서 교류신호의 리액턴스 측정

실험 11 : LC 회로에서 교류신호의 리액턴스 측정1. 목적DC 신호에서와는 달리 AC 신호에서는 인덕터와 커패시터는 저항성분이 주파수에 따라 변한다. 이러한 저항성분인 리액턴스가 저항과 연결되어 형성하는 임피던스와, 전압과 전류의 위상이 차이나는 현상을 이해하는 것이 본 실험의 목적이다.2. 이론DC신호와는 달리 AC 신호는 시간에 대해 크기와 위상이 정현파적으로 바뀐다. 정현파적으로 변하는 함수는 사인함수나 코사인 함수로 표현할 수 있는데 통상적으로 코사인 함수를 사용한다. 정현파적으로 변하는 전압은V=V _{m} cos( omega t+ PHI )로 표현된다.ω는 각주파수(2πf)를 의미하고 φ는 위상을 뜻한다.○ 주파수 영역에서의 수동회로 소자(1) 저항i=I _{m} cos( omega t+ theta _{i} )로 AC신호일 때 전압은 옴의 법칙으로 구할 수 있고,V=R`I _{m} cos( omega t+ theta _{i} )가 된다.전류의 위상은theta _{i}이고, 전압의 위상도theta _{i}가 되어 전압과 전류의 위상이 같다는 것을 알 수 있다.(2) 인덕터i=I _{m} cos( omega t+ theta _{i} )로 AC신호일 때 전압은 인덕턴스와 시간에 따른 전류의 변화의 곱을 이용해 구한다.V=L {di} over {dt} =- omega LI _{m} sin( omega t+ theta _{i} )로V= omega LI _{m} cos( omega t+ theta _{i} +90 DEG )같이 변환시킬 수 있다. euler공식을 이용해 식을 변환시킨다.V= omega LI _{m} e ^{j( theta _{i} +90 DEG )} = omega LI _{m} e ^{j theta _{i}} e ^{j90 DEG } =j omega LI _{m} e ^{j theta _{i}}전류가 전압보다 90°만큼 뒤진다.THEREFORE V=jwLI가 된다.여기서 인덕터의 저항성분은j omega L=j(2 pi f)L로 주파수 f의 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.(3) 커패시터i=I _{m} cos( omega t+ theta _{i} ) 일 때V= {1} over {C} int _{0} ^{t} {idt}로 구한다.V= {1} over {omega C} sin( omega t+ theta _{i} )#``````= {1} over {omega C} cos( omega t+ theta _{i} -90 DEG )#``````= {1} over {omega C} e ^{j( theta _{i} -90 DEG )}#``````= {1} over {omega C} e ^{j theta _{i}} e ^{-j90 DEG }#``````= {1} over {jwC} I가 된다. 따라서 전류가 전압보다 90°만큼 앞선다. 커패시터의 저항성분은{1} over {jwC} = {1} over {j(2 pi f)C} `으로 주파수와 커패시턴스의 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.○ 직렬 RLC 회로의 임피던스직렬 RLC회로의 임피던스를 계산하는 방법은 옴의 법칙을 이용한다. 인덕터의 임피던스는jwL이고, 커패시터의 임피던스는{1} over {j omega C}이고, 저항은 R이다.따라서 전체 임피던스는R+j omega L+ {1} over {j omega C}이다.식을 정리하면R+j( omega L- {1} over {omega C} )가 된다. 위상은 백터의 합으로 구할 수 있고,tan ^{-1} ( {(omega L- {1} over {omega C} )} over {R} )이다.○ 병렬 RLC 회로의 임피던스i=v/Z,``Z=(R`||`j omega L`||` {1} over {j omega C} ) 따라서 전압과 전류의 위상을 직렬 RLC와 같은 방식으로 구할 수 있다.3. 시뮬레이션 결과 값표 11-2 RC-LC 리액턴스와 위상 값RC 회로V _{pp}V _{R}V _{C}I5V2.474V357.51mV1.125mAX _{C}sqrt {(R ^{2} +X _{C} ^{2} )}sqrt {(V _{R} ^{2} +V _{C} ^{2} )}theta318.31Ω2222.91Ω2.5V8.23°RL 회로V _{pp}V _{R}V _{L}I5V1.434V2.048V0.652mAX _{L}sqrt {(R ^{2} +X _{L} ^{2} )}sqrt {(V _{R} ^{2} +V _{L} ^{2} )}theta3141.59Ω3835.31Ω2.5V55°그림 11-7 직렬 RC회로 전압 전류 파형전압파형전류파형그림 11-8 직렬 RL회로 전압 전류 파형전압파형전류파형표 11-3 직렬 RLC회로의 임피던스RC 회로V _{pp}V _{R}V _{L}V _{C}I5V1.536V2.194V222.2mV0.698mAX _{L}X _{C}Z= sqrt {R ^{2} +(X _{L} -X _{C} ) ^{2}}theta3141.59Ω318.31Ω3579.23Ω52.07°그림 11-10 직렬 RLC회로의 전원 전압과 전류 파형입력과V _{R} 파형입력과V _{L} 파형입력과V _{C} 파형표 11-4 병렬 RLC회로의 임피던스V _{pp}V _{220Ω}V _{L,C,R}I _{T}5V0.523V2.23V2.38mAX _{L}X _{C}Z=R _{2.2kΩ} ||X _{L} ||X _{C}theta628.321591.55400.68+j849.0964.73°그림 11-12 병렬 RLC회로의 전원 전압과 전류파형

공학/기술| 2019.07.25| 3페이지| 1,000원| 조회(149)

LC, 교류신호, 리액턴스

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실험21 전력 증폭기 회로

실험 21 : 전력 증폭기 회로1. 목적본 실험의 목적은 A급과 B급 전력 증폭기의 입,출력 전력을 측정하여 전력 증폭기의 효율을 확인하는 것이다.2. 이론(1) A급 바이어스 증폭기- 컬렉터 전류의 선형영역 중앙 근처 에 동작점이 설정된다.- 입력전류의 전체 주기가 왜곡 없이 증폭되어 컬렉터 전류로 나오므로 선형성이 잘 유지된다.- 입력전류에 무관하게 바이어스 전류I _{C _{Q}}가 항상 흐르므로 이에 의한DC 전력소비(V _{CE} I _{C _{Q}})가 커서 전력 효율이 낮다. 약 25%(2) B급 바이어스 증폭기? 트랜지스터의 차단점(즉,I _{C _{Q}} =0이되는 지점)에 동작점이 설정된다.? 입력전류의 양(+)의 반주기만 증폭되어 컬렉터 전류로 나오며, 음(-)의 반주기는 컬렉터 전류가 흐르지 않아 출력파형의 왜곡이 심하다.? 차단되는 반 주기의 신호를 얻기 위해 상보형 푸시풀(complementary push-pull) 구조를 이용하여 전체주기의 신호를 얻을 수 있다.? 바이어스 전류 ICQ가 0이므로 DC전력소비가 이론적으로 0이 되어 A급 증폭기보다 전력효율이 높다. 약78.8%3. 시뮬레이션 결과 값(1) A급 증폭기그림 21-4 A급 증폭기 회로-DC 특성V _{B}=1.495VV _{E}=774.2mVV _{C}=5.378VI _{E} =I _{C} = {V _{E}} over {R _{E}}=38.51mA-AC특성회로도입출력파형V _{i}=10mVV _{o}=5.9685VP _{i}=0.7702WP _{o}=0.1484W%eta ={P _{i}} over {P _{o}} TIMES 100=19.26%(2) Transformer를 이용한 A급 증폭기회로도R _{E}=30V _{CC}=10VR _{1}=1kΩR _{2}=700ΩV _{i}=3VV _{o}=11.808VP _{i}=4.167WP _{o}=5.809W %eta =71.733%(3) Push Pull 증폭기 동작그림 21-8 B급 증폭기회로-최대 출력전압V _{o}=2 일때P _{i}={2V _{CC} V(peak)} over {pi R _{L}}=1.2732W

공학/기술| 2019.07.25| 2페이지| 1,000원| 조회(172)

증폭기, 전력, 전력증폭기

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[결과] 실험14 변압기의 반사 임피던스와 DOT 부호 및 기준전압 분리 평가B괜찮아요

본 실험은 변압기의 반사 임피던스를 측정하고, DOT 부호 및 접지 분리를 이해하는 실험이다. 첫 번째 실험은 변압기를 사용하여 회로를 구성하여 회로의 전압값을 측정하여 반사 임피던스를 구하는 실험이다. 순방향 무부하 일때와 부하일 때 전압 측정을 하여 임피던스를 구하여 보았을 때 무부하일 경우에는 20.93 부하를 달았을 때는 14.66로 각각 15.34%, 67.22%의 오차율이 나왔다. 역방향일 경우에 무부하일 경우에는 21.18 부하를 달았을 때는 13.87 로 각각 54.38%, 10.48%의 오차율이 나왔다.

공학/기술| 2019.07.25| 2페이지| 1,000원| 조회(456)

변압기, 임피던스, 반사, Dot

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[결과] 실험13 저역통과 및 고역통과 필터 회로

실험 13 : 저역통과 및 고역통과 필터 회로1. 실험결과표 13-2 저역통과 필터f _{c} =15.85kHz 입출력파형그림 13-6 저역통과 필터 주파수응답f`V _{out}theta DEG100Hz5.2V1.91°300Hz5.2V2.1°500Hz5.2V3.59°1kHz5.2V5.44°5kHz4.9V19.54°6kHz4.7V22.94°7kHz4.7V26.2°8kHz4.6V29.8°9kHz4.4V32.5°10kHz4.3V35.5°12kHz4.1V40.4°13kHz3.9V42.6°14kHz3.8V44.1°15kHz3.7V46.3°f _{c} =15.85kHz3.6V47.5°20kHz3.1V54.14°30kHz2.3V65.13°40kHz1.9V71.25°50kHz1.6V75.2°100kHz900mV85.9°150kHz700mV92.4°표 13-3 고역통과 필터f _{c} =8.592kHz 입출력파형그림 13-8 고역통과 필터 주파수응답f`V _{out}theta DEG100Hz0.2V측정불가300Hz0.4V측정불가500Hz0.4V측정불가1kHz0.4V-76.02°5kHz2.8V-53.03°6kHz3.1V-48.56°7kHz3.3V-44.3°8kHz3.6V-40.8°f _{c} =8.592kHz3.7V-38.9°9kHz3.8V-38.2°10kHz3.9V-33.2°12kHz3.9V-28.56°13kHz4.1V-28.56°14kHz4.3V-26.57°15kHz4.3V-24.6°20kHz4.6V-19.1°30kHz4.7V-13.2°40kHz4.7V-9.80°50kHz4.7V-7.05°100kHz4.8V-2.92°150kHz4.8V-1.2°2. 고찰본 실험은 저항과 커패시터를 이용해, 저역통과 필터와 고역통과 필터를 만들고 특성을 이해하고 주파수 변화에 따른 출력을 확인하는 실험이다. 첫 번째 실험은 저항과 커패시터를 직렬로 연결 한 후 커패시터 양단의 전압을 오실로스코프를 이용해 측정하는 실험이다. 실험결과표를 이용하여 그린 그림13-6 그래프를 본다면 주파수가 증가함에 따라 출력전압이 감소한다는 것을 확인할 수 있다. 저역통과필터는 일정 주파수 이하는 출력하고 일정 주파수 이상은 출력하지 않는 필터임을 실험을 통해 확인 할 수 있다. 출력전압이 입력전압의{1} over {sqrt {2}}이 되고 위상이 45°만큼 차이 나는 지점을 차단 주파수라 하고, 실험을 통해 차단주파수를 확인한 결과 이론값인 16.283kHz에 근접한 15.85kHz 임을 확인 할 수 있었고 차단주파수 이후에 떨어지는 기울기가 이론값이 더 급격했는데, 커패시터 용량을 더 크게 하여 차단주파수를 감소시키면 더 작은 주파수 차이에도 더 급격하게 전압 값의 차이가 발생할것이라고 생각된다.두 번째 실험인 고역통과 필터 실험은 저역통과 필터 실험과 마찬가지로 저항과 커패시터를 직렬로 연결한다. 하지만 측정을 커패시터 양단이 아닌 저항 양단의 전압을 출력으로 한다. 실험 결과표를 이용하여 그린 그림13-8 그래프를 본다면 주파수가 증가함에 따라 출력전압이 증가하고 입력전압에 근접한다는 것을 확인할 수 있다. 고역통과 필터는 일정 주파수 이하는 차단하고 일정 주파수 이상은 출력하는 필터임을 실험을 통해 확인 할 수 있다. 출력전압이 입력전압의{1} over {sqrt {2}}이 되고 위상이 45°만큼 차이 나는 지점을 차단 주파수라 하고, 실험을 통해 차단주파수를 확인한 결과 이론값인 7.8004kHz에 근접한 8.592kHz 임을 확인 할 수 있었고 고역 통과도 저역통과필터와 같이 기울기에서 차이가 났는데 커패시터 용량을 더 크게 하여 주면 될것같다.

공학/기술| 2019.07.25| 3페이지| 1,000원| 조회(277)

실험보고서, 필터, 고역통과, 저역통과

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[결과] 실험 15 증폭기의 주파수 응답

실험 15 증폭기의 주파수 응답1. 실험결과표 15-1 저주파에 대한 출력전압표 15-2 저주파에대한 전압이득f50hz100hz200hz400hz600hz800hzV _{o}520mV804mV1.33V1.77V1.89V1.97VA _{v}5.107.6612.4216.5417.6618.07위상110.2°116°133.4°147.2°154.8°160°f1khz2khz3khz5khz10khzV _{o}1.97V2.01V2.01V2.01V2.01VA _{v}18.0719.1419.1419.1419.14위상163.5°165.7°168.3°172.9°172°표 15-3 고주파에 대한 출력전압표 15-4 고주파에 대한 전압이득f10khz100khz300khz500khz600khzV _{o}2.01V1.93V1.53V1.17V1.05VA _{v}19.1418.3814.5711.1410위상172°-165°-143.2°-124°-116°f700khz900khz1Mhz2MhzV _{o}920mV760mV680mV360mVA _{v}9.027.456.673.53위상-110°-107°-105°-86°그림 15-5 주파수 응답 특성50hz100hz5kHz10khz500kHz2Mhz2. 고찰본 실험은 공통 에미터 증폭기 회로에서 주파수 변화에 따른 출력전압, 전압이득, 위상을 확인하고 주파수 변화에 따라 어떤 특성이 있는지 확인하는 실험이다. BJT(2N3904)를 이용해 전압분배기 증폭기 회로를 만든후 주파수를 50hz부터 2Mhz까지 증가시키면서 오실로스코프로 측정되는 출력전압과 전압이득 위상차를 확인한다.저주파(10khz이하)영역에서는 주파수가 증가함에 따라 출력전압이 증가한다는 사실을 표 15-1을 보고 확인할 수 있다. 그리고 따라서 주파수가 증가함에 따라 전압 이득도 증가한다는 사실을 알 수 있다. 표 15-2를 확인한다면 주파수 변화에 따른 전압이득을 확인할 수 있고, 위상차도 확인할 수 있는데 주파수 증가에 다라 위상은 점점 180°에 가까워 진다는 사실을 확인 할 수 있다.고주파(10khz 이상)영역에서는 주파수가 증가함에 따라 출력전압이 줄어든다는 사실을 확인할 수 있다. 표 15-3을 통해 측정한 출력전압을 확인할 수 있다. 따라서 전압이득값도 주파수가 증가함에 따라 감소한다는 것을 확인할 수 있고, 위상은 -180°부터 약 -86°까지 점점 감소한다는 사실을 확인할 수 있다.본 실험을 통해서 예비레포트때 시뮬레이션한 특성곡선과 비슷한 특성을 가진 것을 확인 할 수 있었고, 저주파 영역과, 고주파 영역에서의 응답이 다르다는 사실을 확인할 수 있다.

공학/기술| 2019.07.25| 2페이지| 1,000원| 조회(209)

증폭기, 실험보고서, 주파수응답

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