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기초회로실험-lab7.실험: RC와 RL회로-교류회로

년도-학기과목명기초회로실험LAB번호실험 제목7실험: RC와 RL회로-교류회로실험 일자제출자 이름제출자 학번팀원 이름Chapter 1. 관련 이론(Theoretical Background)Phaser는 코사인 페이저는 코사인(또는 사인) 함수를 나타내는 방법으로 페이저를 사용하면 코사인 함수를 쉽게 계산할 수 있다.정현파 교류 전압이나 전류를 페이저로 표시하면 그 형식이 복소수의 극좌표 표시법과 같음을 알 수 있다. 정현파 교류전압이나 전류를 페이저로 변환하고 그 페이저를 복소수로 배운 극좌표형식과 같은 것으로 취급하면 훨씬 간단하게 정현파 교류회로에서의 복잡한 수식을 계산할 수 있다.페이저는 아래 그림과 같이 코사인 함수를 A와 Theta로 나타낸다. 코사인 함수의 w0는 코사인 함수의 각속도이다. 페이저가 나타내는 함수는 아래 그림의 페이저 그래프에서 X축의 값을 나타낸다. 즉, 페이저의 Y축은 사인 함수이고 X축은 코사인 함수인데, 페이저는 코사인 함수인 X축의 값을 나타낸다.페이저를 나타낼 때 각속도 w0은 따로 표기해야 한다.페이저 연산은 동일한 각속도끼리만 할 수 있다.페이저의 곱과 나눗셈은 다음과 같이 쉽게 계산할 수 있다. 즉, 각속도가 같은 코사인 함수의 곱과 나눗셈을 쉽게 계산할 수 있다.페이저가 중요한 이유는 전자공학에서 페이저 연산 또는 그에 대응하는 복소수 연산을 많이 사용한다. 페이저는 사인 함수를 쉽게 계산하기 위해 사용된다. 전자공학에서 사인 함수는 지수 함수와 함께 매우 중요한 함수이다.페이저는 주파수가 동일할 때 적용할 수 있다. 그래서, 주파수가 2개 이상인 시스템에서는 적용하지 못할 거라고 생각하기 쉽다. 하지만, 선형 시스템에서는 중첩원리가 적용되기 때문에 다른 주파수 각각의 페이저를 구하고 더하면 결과를 구할 수 있다.모든 신호는 푸리에 변환으로 싸인 함수의 합으로 나타낼 수 있고 각 싸인 함수의 페이저 연산으로 최종 결과값을 계산할 수 있다.하지만, 비선형 시스템에서는 적용되지 않는다. 일반적으로 비선형 시스템은 계산이 복잡하기 때문에 컴퓨터 시뮬레이션을 해야 하는 경우가 많다임피던스(impedence)임피던스는 저항과 비슷한 개념이지만 저항보다 더 확장된 개념이다.AC 전압 V가 인가될 대 AC 전류 I가 흐른다면 임피던스는 다음 식과 같다.여기서, V, I, Z는 복소수 또는 페이저이고, R과 X는 실수이다. Z는 임피던스이고(Impedance) R은 저항(Resistance)이고 X는 리액턴스(Reactance)라고 한다.교류회로에서 전류가 흐르기 어려운 정도를 나타낸다. 복소수로서 실수부분은 저항, 허수부분은 이랙턴스, 크기뿐만 아니라 위상도 함께 표현할 수 있는 벡터량이다. 임피던스의 단위는 저항과 같은 Ohm이다. 보통 기호로 z로 표시한다. 임피던스의 역수는 어드미턴스라 한다. 임피던스를 이해하기 위해서는 AC 회로의 페이저에 대해 이해해야 한다. 페이저는 복소수와 일대일로 변환된다.캐페시터의 임피던스 구하는 식인덕터의 임피던스 구하는 식Chapter 2. 실험과정과 실험값실험과정 : 페이저를 이용한 임피던스값, 계산값과 측정값의 임피던스를 비교해 본다. Vr 과 위상차를 오실로스코프를 통해 얻는다. 회로가 직류전원이 아니라 교류전원이기 때문에 오실로스코프를 통해 위상차를 구한다. Vc, Vr 그래프의 피크 대 피크의 차이를 커서를 놓아 둘 사이를 측정하고 채널 2의 진폭을 측정한다. 커패시터 값을 2배가 되게 병렬로 회로를 만든다. 위상차이 시간 t세타값을 얻으면 360*t세타/0.001 로 위상차 각도를 얻는다, 이 실험은 전류가 전압보다 위상이 앞서므로 leading 전류의 위상은 0보다 큰 값이다. Resistor voltage vr을 얻는다.실험 1 커패시턴스 관련 회로 모습Vr 과 위상차를 오실로스코프를 통해 얻는다. 회로가 직류전원이 아니라 교류전원이기 때문에 오실로스코프를 통해 위상차를 구한다. Vc, Vr 그래프의 피크 대 피크의 차이를 커서를 놓아 둘 사이를 측정하고 채널 2의 진폭을 측정한다. 인덕터의 값을 2배가 되게 직렬로 회로를 만든다. 위의 실험은 전류가 함수 발생기의 전압보다 위상이 뒤지므로 전류의 위상은 0보다 작은 값 이다.lagging실험 오실로스코프 사진들Chapter 3. 결론 및 Discussion실험값과 계산 값이 비슷하게 나오지 않았다. 차이가 많이 났다. 실험의 어떤 점이 문제가 되는지 생각해 보았다. 오실로스코프의 연결이 온전치 않았는지 생각해보고 그래프의 조작법과 오실로스코프 사용법을 완전히 잘 알고 있지 않았던 점도 오차의 원인으로 생각된다. 회로를 만드는 것은 어렵지 않지만 실험과정을 따르며 실험을 했을 때 과정에는 문제가 있지 않지만 계산 값의 차이를 보며 답답함을 느낀다. 회로시간에 배운 페이저를 이용한 인피던스 구하는 법을 실제로 적용하여 구하는 방법을 사용해보며 임피던스에 대해 쉽게 이해되었다. Lagging과 leading을 눈으로 살펴 볼 수 있었다. 같은 실험을 한 다른 조들에게 물어보며 실험의 문제를 해결하기 위해 많은 조언을 얻었었다. 다음시험부터 그들의 실험과 비교대조하며 실험하는 것이 오차를 줄이는 가장 큰 방법 중 하나로 생각된다.

공학/기술| 2019.03.03| 8페이지| 1,000원| 조회(203)

전자, RLC, 인덕터, 기계, 기초회로실험, 공학, 커패시터, 한양, 로봇공학

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기초회로실험-lab13,14.실험: OP Amp응용회로

년도-학기과목명기초회로실험LAB번호실험 제목13,14실험: OP Amp응용회로Active filter실험 일자제출자 이름제출자 학번팀원 이름Chapter 1. 관련 이론(Theoretical Background)실험. OP Amp의 기본 응용 회로1. 개념• Voltage Follower/Impedance BufferVoltage Follower는 전압 이득이 1인 연산 증폭기 회로 입니다. Voltage follower를 이용한 OP amp 회로에서 출력 전압의 신호는 입력 신호와 항상 같습니다. 이것은 연산 증폭기가 신호에 어떤 증폭도 제공하지 않는다는 것을 의미합니다. Voltage follower라고 불리는 이유는 출력 전압이 입력 전압을 직접 따르므로 출력 전압이 입력 전압과 같기 때문입니다. 이 회로는 어떤 기능을 가지는 회로에 부하 저항을 연결하였을 때, 부하 저항이 미치는 영향을 최소화 하기 위해서 사용될 수 있습니다. 예를 들면 low-pass filter 회로에 부하 저항이 연결된 다음과 같은 회로를 고려해 볼 수 있습니다.Low-pass filter 회로에 부하 저항 RL이 연결 되지 않을 경우의 전달 함수는 이지만, 부하 저항이 연결되면 전달 함수가 달라지게 되어 필터의 원래의 기능을 수행할 수 없게 됩니다. 따라서 low-pass filter와 부하 저항 사이에 voltage follower를 이용하면, low-pass filter의 출력과 부하 저항 양단의 전압은 항상 같게 됩니다. 이런 용도로 사용된 회로를 impedance buffer라고 부릅니다.•Integrator적분기인 위 회로에서는 전류 i(t) = vi(t)/R 입니다. OP amp의 –입력 단자는 virtual ground로서 0V 이므로 출력 전압은 입력 전압의 적분에 상수가 곱해진 전압입니다.따라서 전달 함수는 입니다. 적분기 회로는 입력 신호를 끊임없이 적분한 값을 출력하게 되므로, 작은 값의 입력이라도 입력 전압이 지속적으로 인가되면 출력 전압은 계속 증가하거나 .이 회로의 전달 함수는 입니다.Active low-pass filter의 전달 함수는입니다. Active low-pass filter의 장점은 부하 저항 값에 의해서 영향을 받지 않는 것입니다.• DifferentiatorDifferentiator는 적분기의 회로에서 capacitor와 저항의 위치를 바꾼 회로와 같습니다. 전류는입니다. OP amp의 – 입력 단자는 virtual ground로서 0V이므로 ,출력 전압은 입력 전압의 미분에 상수가 곱해진 전압입니다.이 회로의 전달 함수는 입니다.이 회로의 입력이 정현파로 형태가 라면 출력은 입니다.따라서 위의 식에서 출력 신호의 크기는 입력 신호에 비례하며 미분 회로의 특성은 잡음에 민감함을 알 수 있습니다. 잡음 신호는 높은 주파수 성분을 포함하며, 미분 회로는 높은 주파수 성분의 잡음 신호의 크기를 증가시킵니다. 따라서 미분 회로는 실제 회로에서 그대로 사용하는 경우는 흔하지 않고, low-pass filter와 함께 사용하는 경우가 많습니다.실험. Active Filter1. 개념- Active High-Pass Filter위상은 반전이지만, 주파수 성분이 커지면 전달함수의 값도 커진다. 주파수가 끝없이 증가하면 전달 함수의 크기를 1이 되는 필터입니다. 매우 높은 주파수에서는 캐패시터의 임피던스를 0로 간주할 수 있습니다. 이 회로는 낮은 주파수는 통과하지 못하고 높은 주파수만 통과하기 때문에 high-pass filter의 특성을 갖습니다.-Active Band-pass Filter액티브 밴드 패스 필터는 단순히 인덕터를 시뮬레이트하도록 구성된 능동 소자 또는 "자이 레이터 (gyrators)"로 알려진 소자로 연산 증폭기를 사용하여 구성되는 필터입니다. 액티브 밴드 패스 필터는 주로 오디오 주파수에서 사용되며 그렇지 않은 경우 인덕터의 크기가 과도하게 커지게됩니다. 대역 통과 필터는 하한주파수와 상한 주파수 내의 모든 신호를 통과시키고 그 외의 주파수 신호는 저지시킨다. 대역폭은 상한 임계 주파수정 및 실험값가. Voltage Follower1. 회로를 구성하고 입력 측에는 함수 발생기, 출력 측에는 오실로스코프를 연결합니다.저항과 커패시터는 로 설정합니다.2. 함수 발생기의 함수 종류는 구형파로 설정하고, 주파수는 100Hz, 전압의 크기는 1V로 맞춥니다.3. 시정수 T와 정상 상태의 출력 값 V0을 측정합니다.4. 부하 저항의 값을 바꾸어 3번의 측정을 반복합니다. (RL =10KΩ, RL =1KΩ)나. 적분기 실험1. 적분기 회로를 구성하고 입력 측에는 함수 발생기, 출력 측에는 오실로스코프를 연결합니다.2. 함수 발생기의 함수 종류를 구형파로 설정하고, 주파수는 100Hz(주기 10msec), 전압의 크기는 1V로 설정합니다. 구형파를 적분하면 아래의 그림과 같은 삼각파가 나옵니다. 이때, 입력되는 구형파의 평균값 (DC 성분)이 정확이 0이 아니면 출력 삼각파는 값이 점차로 증가하거나 감소하게 됩니다.OP amp에 연결된 전원 장치의 전원을 끄고, 출력을 관찰하는 오실로스코프 채널의 한 눈금에 대한 전압 값이 5 Volt가 되도록 설정하여 측정할 수 있는 전압의 범위가 15~+15 Volt 이상이 되도록 설정합니다. 전원을 켠 후, 대략 몇 초 만에 포화 상태에 도달하는지 시간을 측정해 봅니다. 오실로스코프의 전압 측정 방법을 DC에서 AC로 바꾸고 오실로스코프의 눈금당 전압의 크기를 줄여서 관찰해 봅니다. 그러면, 출력 파형에서 DC 성분을 뺀 AC 성분만을 관찰하게 되고 삼각파의 모양을 관찰할 수 있습니다. 그러나, 이와 같이 정상적으로 측정할 수 있는 시간은 전압이 포화되기 이전까지 이며, 전압이 포화되면 삼각파의 모양이 다소 왜곡됩니다. 전압이 포화되면 다시 전원을 꺼서 커패시터를 방전한 후 측정을 반복합니다. 커패시터와 저항의 값과 입력 파형의 크기로부터 삼각파의 기울기 값을 계산할 수 있습니다. 삼각파의 기울기를 측정해서 계산 값과 비교해 봅니다. 또한, 입력 전압의 크기를 2배로 증가시킨 후, 삼각파의 기울기도 2배로 증가됨을 100Hz, 전압의 크기는 1V로 설정합니다.3. 시정수 T와 정상 상태의 출력 값 V0를 측정합니다.라. 미분기1. 적분기의 회로에서 커패시터와 저항의 위치를 서로 바꾸면 위의 회로와 같은 미분기 회로가 됩니다. 입력 측에는 함수 발생기, 출력 측에는 오실로스코프를 연결합니다.2. 함수 발생기의 함수 종류를 삼각파로 설정하고, 주파수는 100Hz, 전압의 크기는 1V로 설정합니다. 커패시터와 저항의 값과 입력 파형의 크기로부터 구형파의 크기 값을 계산할 수 있습니다. 구형파의 크기를 측정해서 계산 값과 비교해봅니다. 입력 주파수의 크기를 2배로 증가시킨 후, 구형파의 크기도 2배로 증가됨을 확인합니다. 또한, 입력 삼각파가 꺾이는 부분에서는 출력 파형에 순간적인 피크가 발생하는 것을 관찰하고, 그러한 피크가 발생하는 원인에 대해서 생각해봅니다.3. 함수 발생기의 함수 종류를 정현파로 설정하고, 주파수는 100Hz, 전압의 크기는 1V가 되도록 설정합니다. 정현파를 미분하면 정현파가 되지만 위상이 바뀌게 됩니다. 또한, 출력 파형의 크기는 입력 정현파의 주파수에 비례하게 됩니다. 주파수를 100Hz에서 1KHz까지 증가시키며 출력 파형의 크기를 측정해 봅니다. 앞의 삼각파 입력의 경우와 마찬가지로 출력 정현파의 크기를 계산할 수 있습니다. 각 주파수에 대해서 계산한 값과 측정한 값을 비교해 봅니다.-Active Band-Pass Filter1. Active band-pass filter를 구성하고 입력 측에는 함수 발생기, 출력 측에는 오실로스코프를 연결합니다.RL =100MΩ, CL =0.1μF, RH=1KΩ, CH=0.1μF2. 함수 발생기의 함수 종류를 정현파로 설정하고, 전압의 크기는 2V가 되도록 설정합니다.3. 정현파의 주파수를 다음의 값들로 변화시키며, 출력 전압의 크기 값을 입력 전압의 크기 값으로 나눈 값을 기록합니다.4. 위에서 측정한 값들을 이용해서 대략적인 보드 선도를 그립니다.Chapter 3. 결론 및 Discussion실험에서 오차했습니다. 더 정확한 실험을 하기 위해서는 저항이 작은 실험기기들을 사용하고 정밀한 기계를 사용해 측정 값을 구할 수 있으면 사람의 눈보다는 정확하기 때문에 오차를 줄일 수 있습니다.가. Voltage Follower 실험Voltage Follower가 없는 경우에는 부하 저항 RL이 작아지면 시정수 T가 짧아지고 정상 상태의 출력 값 V0가 줄어듭니다. 실험을 통해 Voltage Follower가 전압 이득이 1이 되게 함을 알 수 있습니다.나. 적분기 실험실험 결과를 보면 입력 전압의 크기가 2배로 증가시키면, 삼각파의 기울기도 2배로 증가됨을 확인할 수 있습니다. 실제 실험에서는 입력 구형파의 평균이 정확히 0이 아닌 경우가 많으므로 출력을 지속적으로 관찰하기 어렵습니다. 그리고 눈으로 측정 값을 읽었기 때문에 정확한 값을 얻어내지 못해 생겼습니다.다. Active Low-Pass Filter 실험측정 값을 구하는 과정에서 사람의 눈으로 읽다 보니 정확한 값을 읽지 못해 오차가 크게 발생하였습니다.라. 미분기 실험삼각파를 입력 했을 경우 계산 값과 측정 값의 결과 모두 주파수가 2배 증가했을 때, 구형파의 크기도 약 2배가 됨을 알 수 있습니다 구형파의 크기가 주파수에 비례한다는 사실을 알 수 있었습니다.정현파를 입력 했을 경우 측정을 2V로 했기 때문에 계산 값도 2V로 설정해 구했습니다. 이 실험을 통해 정현파를 입력하면 주파수가 2배 증가할 경우 정현파의 크기도 비례하여 2배 증가함을 알 수 있습니다.Active band-pass filter를 실험했을 때 특정 주파수에서만 gain값이 0보다 커졌습니다. 따라서 이 필터는 어느 특정 주파수를 통과시키는 필터인 것을 알 수 있습니다. |H(jw)|의 이론 값과 측정 값을 비교했을 때 오차가 있긴 하지만 증가와 감소의 흐름은 유사합니다. 그래프를 봤을 때 20000 rad/sec와 65000 rad/sec 부근 사이에서의 주파수들이 통과되고 이 이외의 범위에서는 통과를 못하는 것을 그래프를 통해 알 수.

공학/기술| 2019.03.03| 6페이지| 1,000원| 조회(181)

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기초회로실험-lab11.실험: OP Amp의 특성

년도-학기과목명기초회로실험LAB번호실험 제목11실험: OP Amp의 특성실험 일자제출자 이름제출자 학번팀원 이름Chapter 1. 관련 이론(Theoretical Background)Op amp[operational amplifier] : 아날로그 컴퓨터에서 연산기의 일부를 이루는 직류 증폭기연산 증폭기란 어떠한 작은 신호를 증폭시켜주는 증폭기를 말한다. 여러 형태의 다양한 종류의 증폭기가 있으며 듀얼과 싱글, 쿼드로 구분된다.연산 증폭기는 두개의 입력단자와 한 개의 출력단자를 가지며, 두개의 입력단자간의 전압 차이를 증폭시키는 증폭시키는 증폭기로, 고증폭도를 가지며 아날로그 신호의 가산, 감산, 적분 등의 연산이 가능한 증폭기를 말한다. 어떤 용도로 사용하느냐에 따라 목적(기능)이 달라지며, 공급되어야 하는 전압 또한 달라진다.연산 증폭기는 전압에 의해 신호를 증폭해주는 전압증폭기에 포함이 될 수도 있고, 2개의 입력신호의 차에 비례해 출력을 얻는 차동 증폭기에 포함 될 수 있다.-Idea OP AMP의 형태(이상적인 OP AMP)+단자와 –단자가 있으면 출력 단자에서는 두 입력 단자의 차이 전압을 증폭한 전압이 출력된다. 출력전압은증폭이득(gain) V0=G(v1-v2) 이다. 그래서 단자의 전압값이 조금이라도 차이가 난다면 +무한대나 –무한대가 된다. 이상적인 op amp의 특징은 입력 저항이 무한대이다.그래서 입력 단자에 다른 회로를 연결해도 입력 단자로 흐르는 전류는 항상 0이다.또한, 이상적인 op amp출력 저항은 0이다.이상적인 회로는 출력회로에 다른 회로를 연결하고 전류를 흘려도 전압 강하가 생기지 않는다.이와 같이 정의 함으로써 해석을 쉽게 할 수 있다.가정 : eq oac(○,1) DC-parameter는 충분히 크다. Input off set voltage는 0으로 가정한다. eq oac(○,2) AC-parameter는 주파수와 관계 있다. DC에서는 큰 값을, 높은 주파수에서는 작은 값을 갖는다.IDEAL OP-AMP 정의Gain : 기본적으로 증폭기 이기 때문에 게인이 클 수록 좋다. 원하는 게인은 외부의 회로에 의해 결정한다. 따라서 게인은 무한대.Input Impedance : 무한대로 가정. 따라서 소스에서 신호를 드라이빙 할 때 power의 감소는 없다.Output Impedance : 0으로 가정. 로드에 충분한 전류를 공급한다.Response Time :v- 입력은 같은 시간에 출력에 나타난다. 시간 차 없이 바로 출력 되어야 좋다. 따라서 0으로 가정.v- 입력이므로 pahse shift=180도.주파수 응답은 같은 게인을 가져서 평평하다. 무한대의 bandwidth을 갖는다. AC 는 DC레벌에 빠르게 반응한다.Offset : output은 0. 두 입력신호 v+와 v- 간의 0 신호가 입력 될 때.연산 증폭기의 기본회로는 반전등폭기와 비반전증폭기이다. 비반전증폭기에서는 입력전압과 출력전압의 위상차이가 영이고, 반전증폭기에서는 입력전압과 출력 전압의 위상차이는 역상인 180°가 된다.-반전 증폭기(invert)증폭기 기호인 삼각형 내에 있는 무한대 기호는 이상적인 연산 증폭기임을 표시한다. 가상접지에 의해 증폭기 입력단자의 전압은 영이고, 또한 연산증폭기의 입력저항이 무한대이기에 연산증폭기의 입력단자로 전류가 들어 갈 수 없다. 이를 감안하여 신호전압과 출력 전압간의 비인 전압증폭도를 구하면 식(1)이 된다.연산증폭기가 이상적인 증폭기이면, 신호전압의 형태나 주파수에 무관하게 식(1)이 성립된다. 즉 증폭도는 단순히 두 개의 저항비만에 의해서 결정된다. 식 (1)의 앞에 나타난 음의 부호는 신호전압 Vs 와 출력전압 Vo 간의 위상차가 180°임을 가리킨다. 즉 반전되었음을 나타낸다.회로에서, 신호전압에서 우측을 들여다 본 입력저항은 R1 이고, 출력전압에서 좌측을 들여다 본 출력저항은 0(zero) Ω이다.-비반전증폭기밑의 그림은 비반전증폭기이다. 출력단자와 연산증폭기의 반전입력단자인 (-)에 저항이 연결되어 있다. 이를 부궤환이라고 한다. 만약 출력단자가 비반전단자인 (+)에연결되면 이는 정궤환으로 구성되며, 그 특성은 부궤환인 경우와 판이하게 달라진다.그림 3처럼 부궤환으로 구성되면 이는 증폭기이지만, 정궤환으로 구성되면 이는 증폭기가 아니다. 따라서 출력단자의 입력 연결시에 그 극성에 주의해야 한다. 가상접지는부궤환회로에서 발생되는 것이지 정궤환 회로에서 발생되는 것이 아니다.그림에서 연산증폭기의 입력저항이 무한대이기에 신호원에서 회로쪽으로흐르는 전류 I = 0 이다. 가상접지에 의하여 Vs = n 가 된다. 그리고 n 점에서연산증폭기의 (-)입력단자측을 들여 다 본 저항은 무한대이다. 따라서 전압 이득식은 다음처럼 주어진다.식(2)출력전압과 신호전압간의 위상차는 영임을 알게 되며, 따라서그림의 회로를 비반전증폭기라고 부른다. 식 (2)역시 식 (1)과 마찬가지로 이상적인 연산증폭기란 전제하에서는, 전압이득은 신호원의 전압파형과 주파수에 무관하게 식 (2)로 주어진다.Chapter 2. 실험과정과 실험값실험과정 :가 .op amp의 전원 연결전압을 15V로 설정하고 왼쪽 빨간 단자에 +15V 오른쪽검정단자에 -15V를 연결하고 검은 선으로 서로 연결된 단자가 ground에 연결한다.나. open circuit 특성원래는 op amp는 피드백 회로를 구성해서 사용하지만 open circuit 특성을 알아보기 위해서 피드백없는 회로로 구성한다. 입력에는 함수발생기와 출력에는 오실로스코프를 연결한다.함수발생기는 정현파로 설정하고 피그투 피크는 0.2v로 설정한다.이렇게 설정해 놓은 후 표에 있는 주파수들을 바꿔가며 출력 전압을 측정한다.출력 신호파형이랑 전압 크기를 관찰한다.다.이 회로를 구성하고 함수발생기와 오실로스코프를 연결한다. 나의 실험과 동일한 과정으로 실험을 한다. 출력 전압 크기가 낮은 주파수에서 일정하게 유지되다가, 어느 주파수 이상에서 출력 전압의 크기가 감소하는 것을 관찰 한다. 주파수를 증가 시킴에 따라 출력값이 감소하다가 70%까지 감소하는 주파수를 구한다. 그 주파수는 대략적으로 -3dB이다.실험결과보드플랏(bode plot)Chapter 3. 결론 및 Discussion주파수가 증가하면서 이득의 값은 증가하며 결론은 일반적인 OP AMP는 자신을 보호하기 위해 과도한 출력전류를 막아주는 출력전류 제한 회로가 들어가 있고, 회로에 의해 출력전압은 제한을 받는다. 이번 실험을 통해 회로에 따라 op amp를 통과하여 얻은 전압과 오실로스코프의 파형을 관찰 할 수 있었다. 실험을 시작하면서 초반에 혼란이 있었지만 조교님의 도움을 받은 후 순조로운 실험을 하게 되었다. 오실로스코프를 조절하면 그래프를 확인 했는데 자동조절이란 키의 좋은 역할을 알게 되었다. 다른 실험들과 달리 연결해야 될 것도 많고 전압도 인가해주고 파형도 연결하여 초반에 이해하기 어려운 실험이었다는 생각이 든다. 계산하는 과정은 그 전 실험들과 같아 쉽게 계산할 수 있었다. 보드플랏을 그릴 때 매끄럽지 못한 그래프가 나온 이유는 주파수의 실험 개수들이 많을수록 매끄럽게 나올 것 같다. 그리고 밑에 조절하는 주파수 사이의 간격의 조정을 잘 못했다는 생각도 들게되었다. 밑의 주파수의 간격을 조절하는 부분을 알지 못해 다른 실험부터는 친구들에게 물어보고 그래프를 그려 보아야 겠다.

공학/기술| 2019.03.03| 6페이지| 1,000원| 조회(277)

전자, RLC, 인덕터, 회로, 기초회로실험, 공학, 커패시터, 한양, RC

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기초회로실험-lab6.실험: Capacitor와 Inductor의 특성-교류회로

년도-학기과목명기초회로실험LAB번호실험 제목6실험: Capacitor와 Inductor의 특성-교류회로실험 일자제출자 이름제출자 학번팀원 이름Chapter 1. 관련 이론(Theoretical Background)Capacitor의 Capacitance측정Capacitor는 축전기로 통신, 전력용 많은 종류들이 있다. 전자회로에서 천하가 축적되는 장치로 베터리로 이해하기 쉽다. 전자회로에서 전하를 충전하거나 방전하는 역할을 한다. 일반적으로 2장의 금속판을 전극으로 하여 그사이에 전연체를 넣어 만든다. 축전기의 전기용량을 c, 전압을 v, 충전된 전하량을 q, 결론적으로 q=cv 의 관계식을 얻는다. 전극사이 물질에 따라 축전기의 이름이 다르다. Capacitance란 전기용량으로 가까이 있는 두 도체가 부호가 서로 반대이고 크기가 같은 전하로 대전되었을 때, 대전된 전하량을 두 도체의 전위차로 나눈 값이다.6의 실험은 capacitor가 있는 교류전원이 연결된 회로에서 steady state에서 전압과 전류의 관계를 배운다. Capacitance값이 C인 커패시터에 전류와 전압의 관계는 이다. 전압을 Vcsinwt라고 가정하고 전류전압 관계식에 대입하면 이러한 식들을 얻는다. 전류와 전압을 알게되면 전기용량값을 얻을 수 있다. 회로가 직류회로가 아니라 교류회로라 오실로스코프를 이용해 측정한다.정현파의 peak-to-peak 전압을 읽고 전류는 오실로스코프로 읽을수 없어 저항에 흐르는 전압을 측정해 전압을 저항으로 나누어 값을 얻는다.Inductor의 Inductance 측정Inductor 유도자는 자기, 상호 인덕턴스의 표준으로 사용되는 코일이다. 한 개 또는 여러 개의 코일로 구성한다. 구리나 알루미늄 등을 절연성 재료로 싸서 나사 모양으로 여러 번 감은 솔레노이드를 주로 사용한다. 전류의 변화에 비례해 전압을 유도함으로써 전류의 급격한 변화를 억제하는 기능을 한다. 이때 회로에 흐르고 있는 전류의 변화에 따라 권선에 흐르는 시간의 변화량과 권선에 발생하는 기전력비를 인덕턴스라고 한다. 단위는 H(헨리)이다. 자속변화의 원인에 따라 자체인덕턴스와 상호인덕턴스로 나뉜다. 인덕턴스 값이 L인 inductor 전류 전압의 관계식은 이 식이다. 인덕터의 전류는 ILsinwt라고 가정한다. 가정한 전류를 직에 대입하여 인덕턴스를 구하는 식을 얻을수 있다.Chapter 2. 실험 결과(Experimental Results)커페시터값을 0.1u로 회로를 만들어 실험을 하였다. Vr, vc를 오실로스코프 두개의 체널에 연결하여 관계식이 일치하는지 측정했다.커패시터값을 0.2u로 회로를 만들어 실험을 하였다. 같은 크기의 커패시터를 병렬로 연결하면 하나의 값*2가 된다.커페시터값을 0.05u로 회로를 만들어 실험을 하였다. 같은 크기의 커패시터를 직렬로 연결하면 하나의 값/2가 된다. 그림과 같이 채널을 연결한다. 커패시턴스 측정회로주파수CVCVRI =VR / RXC =VC / IC =1/(2πfXC)(a)1000Hz0.1760mV272mV0.272mA2794.10.5696n(a)2000Hz0.1520m352m0.352m1477.270.5387n(b)1000Hz0.2280m208m0.208m1346.150.0118n(b)2000Hz0.2160m236m0.236m677.9660.01174n(c)1000Hz0.05440m512m0.512m859.3750.0185n(c)2000Hz0.05328m744m0.744m440.860.018n(a) 인덕터값을 100mH로 회로를 만들어 실험을 하였다. Vr, VL를 오실로스코프 두개의 채널에 연결하여 관계식이 일치하는지 측정했다.(b) 인덕터값을 200mH로 회로를 만들어 실험을 하였다. 같은 크기의 인덕터를 직렬로 연결하면 하나의 값*2가 된다.(c) 커페시터값을 50mH로 회로를 만들어 실험을 하였다. 같은 크기의 인덕터를 병렬로 연결하면 하나의 값/2가 된다. 그림과 같이 채널을 연결한다.위의 회로처럼 빵판에 만든다. 2개의 채널을 연결한 오실로스코프에 펼쳐지는 그래프를 통해 ch1의 피크까지의 v크기와 채널 ch2에 나오는 그래프의 피크까지의 v를 측정한다. 그렇게 측정한 vr vl를 공식에 대입하여 값을 도출해내 실험을 통해 얻은 c의 값과 실제 회로에 적용한 인덕턴스 값을 비교한다. 인덕턴스 측정회로주파수LVRI =VR / RVLXL =VL / IL = XL /(2πf )(a)1000Hz0.1424m0.424m284m669.8110.1(a)2000Hz0.1368m0.368m512m1391.30.11(b)1000Hz0.2336m0.336m416m12380.197(b)2000Hz0.2204m0.204m280m1372.550.109(c)1000Hz0.05470m0.470m310m761.670.121(c)2000Hz0.05504m0.504344m682.540.05오실로스코프의 그래프 파형Chapter 3. 결론 및 Discussion이번 실험을 통해 많은 어려움을 격게 되었다. 회로와 모든 것이 완벽하게 설정한 후 실험을 하여 오실로스코프를 통해 v를 측정했는데 할 때마다 값이 변하고 원하는 값을 얻지 못해 답답함을 느꼈다. 위의 실험 결과를 보면 인덕터의 값이 일치하는 결과와 일치하지 않는 결과를 볼 수 있는데 이것의 차이를 무슨 원인 때문에 일어났는지 생각해 보았다. 오실로스코프를 눈으로 보면서 측정하기 때문에 거시적인 그래프를 읽을 때 오차가 발생했다는 생각이 가장 기본으로 깔려 있다. 첫번째 실험을 한 후 깨달은 것은 채널의 2를 반전을 해서 측정했어야 했다. 반전을 하지 않았지만 v의 값은 똑같기 때문에 반전을 하지 않은 점이 문제는 아닌 거 같다. 초반에 실험을 하는 도중 값의 크기의 혼란을 얻게 돼서 풀지 못해 조교님의 도움을 통해 프로브의 설정이 맞춰져 있는 않았던 것 이였다. 오실로스코프의 프로브는 1이였는데 측정하는 선의 설정은 10으로 맞춰져 있었다. 이게 실험에 큰 문제는 되지 않았다. 실험값들에 10을 곱해주면 이것에 대한 문제는 해결한다. 실험을 끝난 후 값을 토의하는 과정 중 잘못 되었다는 점을 인식하고 다시 실험을 하였지만 오류는 여전히 남아 있었다. 회로와 설정에 적합한 오실로스코프의 값이 변화하여 오실로스코의 문제를 의심해 본다.

공학/기술| 2019.03.03| 9페이지| 1,000원| 조회(134)

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기초회로실험-lab10.실험: RLC 공진회로 평가B괜찮아요

년도-학기과목명기초회로실험LAB번호실험 제목10실험: RLC 공진회로실험 일자제출자 이름제출자 학번팀원 이름Chapter 1. 관련 이론(Theoretical Background)-공진회로RLC 공진회로RLC 공진회로는 필터, 발진기, 동조회로 등 응용에서 중요한 기초를 이룸- (RLC 회로 형태 및 회로방정식은, ☞ 직렬 RLC/병렬 RLC/RLC 회로 참조)※ 공진 조건 및 그 특성을 나타내는 여러 척도들이 정의되고 사용됨- 例) 공진시 임피던스 최소(직렬 공진)/최대(병렬 공진) , 3dB 대역폭, 양호도(Q 값), 공진주파수 등RLC 공진회로의 공진 주파수직렬,병렬 RLC : ω0 = 1/√LC 또는 ω0L = 1/ω0C※ 회로가 외력에 따른 주파수응답 곡선상에서 첨두진폭을 보이는 주파수- 회로 임피던스 또는 어드미턴스의 허수부를 0 으로 하고 실수 만으로 주어지는 주파수. 등가적으로 직렬 공진에서는 단락회로, 병렬 공진에서는 개방회로가 됨공진의 종류1.직렬공진:임피던스 최소 따라서 회로전류 최대2.병렬공진:임피던스 최대 따라서 회로전류 최소인덕터와 캐패시터간의 에너지 교환LC 회로에 특정 주파수 신호가 인가되면 인덕터의 자기장으로 저장되었다가 캐패시터의 전기장으로 저장되었다가 하면서 줏대 없이 왔다 갔다 하게 됩니다. 이 과정에서 인덕터와 캐패시터는 주파수 별로 특성이 정반대이고, 한놈은 누르고 한 놈은 올리고 하게 됩니다. 같은 주파수에서 인덕터는 그 흐름을 방해하고 싶어하고, 캐패시터는 흐름이 정지하는 것을 막고 싶어한다.직렬 RLC 공진 회로의 주파수 응답RLC 직렬공진회로는 그림 1과 같이 R, L, C가 직렬로 연결된 회로에 교류전원을 걸어준 회로이다. 복소수 임피던스의 방법을 도입하여 이 회로의 전류를 구해보자.RLC 직렬공진회로우선(1)이므로 복소수 전압은(2)로 놓는다. 회로의 총 복소수 임피던스는(3)가 된다. Ohm의 법칙에 따라 복소수 전류는(4)가 된다. 여기서 는 그림 2에서와 같이(5)로 주어진다. 실제 전류는 복소수 전류의 허수부를 취하여 구할 수 있다..(6)그림 2. RLC 직렬공진회로에서의 위상각저항 양단에서 출력전압을 뽑으면, 출력전압은(7)이 된다. 여기서 입력전압의 유효값과 출력전압의 유효값의 비를 구하면(8)이 된다. 이 값을 주파수 의 함수로 그리면 그림 3과 같다.그림 3. RLC 직렬공진회로의 주파수 응답그림 3처럼 어떤 물리량(여기서는 주파수 f)이 변할 때 다른 물리량(여기서는 Vo/V)이 peak 값을 가질 때 공진(resonance)이 일어난다고 한다. RLC 직렬공진회로에서 공진은, 즉 (9)일 때 일어난다. 따라서 공진주파수는(10)가 된다.식 (6)에서 보듯이 입력전압의 주파수가 0에 가까울 때는 capacitive reactance 가 커져 전류가 거의 흐르지 않게 된다. 반대로 주파수가 공진주파수보다 훨씬 크면 inductive reactance 때문에 전류가 흐르지 않게 된다. 공진주파수에서는 capacitive reactance와 inductive reactance가 서로 상쇄되어 총 impedance에는 저항만 남게 되고, 이 때 총 impedance의 절대값은 가장 작아지게 되어 전류가 최대가 된다. 또한 공진주파수에서는 식 (5)의 위상각 는 0이 되어, 입력전압과 전류의 위상이 같아지게 된다. 공진회로는 주파수가 다른 여러 개의 신호가 들어올 때 원하는 주파수의 신호만 출력단자로 보내는 역할을 할 수 있으므로, 라디오나 TV에서 방송국을 선택하는 tuner에 쓰인다.병렬 RLC 공진 회로의 주파수 응답교류회로에서는 RLC 병렬 공진회라는 것이 있다. RLC병렬회로와 RLC 병렬공진 회로는 특성이 다르다. 공진되고 있는 RLC병렬회로를 전기적으로 생각하면, 코일L과 콘덴서C가 없는 것과 같은 상태(코일과 콘덴서를 개방한 상태)가 된다는 것이다.RLC 병렬회로의 임피던스 Z구하는 방법RLC 병렬회로가 병렬이면 허수 부분이 0이 된다. 그래서 허수부분을 =0으로 두고 w오메가를 계 산하면오메가 값을 얻게된다.임피던스가 저항 r만으로 되버린다. 결국 RLC병렬회로에서 오메가가 1/ 로 되면 코일 L과 콘덴서 C가 없어지고 임피던스는 저항 R만 된다.RLC병렬회로의 공진 주파수와 임피던스의 크기의 관계는 임피던스의 크기가 공진 주파수의 경우가 가장 커진다.(Z=R) RLC직렬 공진 회로와는 반대로 됩니다. 그래서, 공진주파수 일 경우에 임피던스가 가장 커지므로 회로에 흐르는 전류가 가장 작다.RLC 병렬공진회로의 공진주파수는이다.Chapter 2. 실험과정과 실험값실험과정 :직렬로 공진회로를 빵판에 만들고 실험결과를 얻는다.2)함수 발생기의 함수 종류를 정현파로 설정하고 전압을 2v로 설정3)주파수를 변화시켜 출력 전압의 크기가 가장 크게 되는 주파수와 가장 큰 전압을 측정한다.주파수 값에 2파이를 곱하면 오메가 제로란 값을 얻을 수 있다. 이론상으로는 공진 주파수에서 출력전압 값은 입력 전압과 같아야 하지만, 실제로 측정해 보면 입력전압보다 휠씬 작게 나옴을 관찰 할 수 있다. 이는 인덕터의 저항값을 무시할 수 없다,4)정현파의 주파수를 공진 주파수보다 작은 값으로 감소시키며, 전압이 공진 주파수에서의 전압 값의 0.707배가 되는 주파수를 측정한다. 그때의 오메가 1과주파수를 공진주파수보다 크게 증가시켜 전압이 공진 주파수에서의 전압 값의 0.707배가 되는 주파수를 측정한다. 이때 오메가 2를 얻는다.얻은 주파수 값들로 큐제로를 구한다.5)입력 주파수의 변화에 따른 커패시터의 전압과 인덕터의 전압의 크기의 변화를 관찰한다.공진 주파수에서는 커패시터 전압과 인덕터의 전압의 크기가 같으므로, 함수 발생기의 주파수를 변화시키 며 커패시터 전압과 인덕터 전압의 크기가 정확히 일치하는 주파수를 찾아서 공진 주파수를 찾을 수 있다.나)병렬LC 공진 회로의 주파수 응답 측정1) 위 그림의 회로를 구성하고 입력 측에는 함수 발생기, 출력 측에는 오실로스코프를 연 결한다.2) 함수 발생기 정현파(sine wave)로 설정하고, 전압의 크기(peak-to-peak) 는 2볼트가 되도록 설정한다.3) 정현파의 주파수를 변화시키며 출력 전압의 크기가 가장 크게 되는 주파수와 전압의 크기를 측정한다. 이 주파수(Hz) 값에 2π 를 곱하면 측정된ω0 값을 얻을 수 있다. 이 측정 값 을 계산된 값과 비교해 본다.4) 정현파의 주파수를 공진 주파수 보다 작은 값으로 감소 시키며, 전압이 공진 주파수에 서의 전압 값의 0.707배가 되는 주파수를 측정한다. 이 주파수(Hz) 값에 2π 를 곱하면 측 정된ω1 값을 얻을 수 있다. 또한, 공진 주파수보다 높은 값으로 정현파의 주파수를 증가 시 키며, 전압이 공진 주파수에서의 전압 값의 0.707배가 되는 주파수를 측정한다. 이 주파수 (Hz) 값에 2π 를 곱하면 측정된ω2 값을 얻을 수 있다. 측정된 Q0 값과 계산 값을 비교해 보시오.실험결과:실험사진실험과정에서 원하는 완벽한 그래프의 모양은 커패시터와 인덕터의 전압은 위상이 반대이므로, 두 전압의 극성이 반대로 측정되면서 두 전압의 위상이 같게 나오는 것을 관찰할 수 있다.하지만 우리조의 실험 결과의 그래프에는 전압이 같은 것도 아니고 딱 90도 차이나는 것도 아니다. 그것은 인덕터의 저항이 많은 영향을 주었다.Chapter 3. 결론 및 DiscussionRLC의 공진회로에서 인덕터와 커패시터가 서로 상쇄되어 임피던스가 저항만 남게된다는 점을 실험하였다. 공진주파수를 구하여 매개변수들이 공진 회로의 특성을 결정한다. 실험 값들 중 위에 실험에서 1저항을 100으로 한 회로의 값이 생각한 결과값보다 많이 작게 나와 의문이 생기게 되었다. 실험하기 전 인덕터의 저항의 값 때문에 값의 오차가 생기게 될 것이란 이야기를 들은 후 실험을 하였다. 저항이 적은 회로에서 인덕터의 저항이 무시할 만큼의 크기보다 컸기 때문에 큐의 값의 차이가 많았던 것으로 생각된다. 저항이 큰 회로에서는 작은 회로보다는 큰 오차가 나지는 않았다. 저항이 커지면 Q의 값이 작아진다는 결과를 얻게 되었다. 공진회로는 필터, 발진기, 동조회로 등 응용에서 중요한 기초를 이룬다. 회로가 외력에 따른 주파수 응답 곡선상에서 첨두진폭을 보는 주파수이다.이번 실험은 양호도(Q)는 공진회로에 축적될 수 있는 최대에너지와 한 주기 내에 소실되는 에너지와의 상대적인 크기에 대해서 알아보았다,

공학/기술| 2019.03.03| 9페이지| 1,000원| 조회(374)

전자, RLC, 인덕터, 회로, 기초회로실험, 공학, 커패시터, 한양, RC

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