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전자회로실험1 4번째 실험보고서

전자회로 설계 및 실험Ⅰ 결과 보고서이름: ???학번: 2????????실험조: 11실험날짜: 2022-04-05실험제목BJT의 특성실험목표BJT 소자의 문턱 전압을 측정한다.Ib의 변화가 Ic에 미치는 영향을 측정한다.β를 측정 및 결정한다.npn형 BJT의 컬렉터 특성 곡선군을 실험적으로 결정하고 그래프로 그린다.점 대 점 방법을 이용하여 BJT의 평균 컬렉터 특성 곡선군을 관측한다.실험과정베타(β) 측정1. 그림과 같이 회로를 접속한다. M1과 M2는 다중 측정 범위 마이크로 전류계 또는 동일한 측정 범위를 갖는 20000Ω/V VOM이다. R4는 전원이 공급되기 전에 최대 저항값으로 조정한다.2. S1과 S2를 닫는다. 베이스 전류가 10μA가 되도록 R2를 조정한다. Vce = 6V가 되도록 R4를 조정한다. Ic를 측정해서 표에 기록한다.3. Ib가 20μA가 되도록 R2를 조정한다. Vce = 6V를 유지하도록 R4를 조정한다. Ic를 측정, 기록한다.4. Ib가 30μA가 되도록 R2를 조정한다. Vce = 6V를 유지하도록 R4를 조정한다. Ic를 측정, 기록한다.5. Ib = 50μA와 Vce = 6V가 되도록 R2, R4를 다시 한 번 조정한다. Ic를 측정, 기록한다. 과정 5에서 계산된 β와 과정 4 및 5의 값을 사용해서 계산된 β의 차이는 얼마인가?6. S1, S2를 열고 표의 측정값을 사용해서 β를 계산하고 기록한다.Vce 대 Ic7. 그림과 같이 회로를 접속한다. Vbb = 1.5V, Vcc = 0V로 조정한다. S1을 개방한다. Ve = 0V가 되도록 R1을 조정한다. M1, M2는 계측기를 보호하기 위해 최대 mA 측정 범위에 놓는다. 적절한 측정 범위는 전원이 인가된 후에 선택된다. 전원을 인가하기 전에 회로 접속을 검사한다.8. S1을 닫는다. M1이 10μA를 지시하도록 R1을 조절한다. 과정 9, 10 동안 Ib = 10μA를 유지하기 위해 필요하다면 R1을 재조정한다. M3은 0을 가리켜야 한다. Ic의 값을 측정하여에 주어진 모든 Vce값이 얻어지도록 Vcc를 차례로 조정한다. 각 Vce값에 대해 Ic값을 측정, 기록한다. Ib를 모니터하여 Ib = 20μA를 유지하기 위해서 필요하다면 R1을 재조정한다.13. 표에 주어진 모든 Ib값에 대해 과정 10~12를 반복한다.14. S1을 개방한다. 표의 데이터에 따라 트랜지스터의 이미터 공통 접속에 대한 컬렉터 특성 곡선을 그래프용지에 그린다. 이때 Vce를 수평축, Ic를 수직축으로 한다.15. 다음 과정에 따라 트랜지스터의 교류베타를 결정하자(a) Vce = 15V에서 수평축에 수직한 직선을 그으면 점 A, B에서 만난다.(b) 점 A, B로부터 수평축에 수직한 직선을 그으면, 수직축과 점 C, D에서 만난다. 전 C, D 사이의 div 눈금을 읽고, 이 값에 전류 보정 인자를 곱한다. 이것이 Ic이다.(c) 다음 두 베이스 전류의 차이는 커브트레이서의 눈금으로부터 10μA이다.(d) β에 대한 공식으로부터 β=500실험 및 PSPICE 결과IBIcβ102.2mA220307.2mA240409.2mA2305011.6mA232IBIcβ101.005mA100.5303.005mA100.1667404.057mA101.425504.992mA99.84IB(μA)Ic (mA)VCE (V)011.52.557.5101520100.0091.71.841.91.921.931.911.941.92200.0144.23.43.423.413.453.513.63.71300.029784.74.734.774.935.095.245.565.63400.037566.56.496.476.696.907.117.567.68500.04958.28.158.258.428.708.969.509.8600.059389.629.749.8010.1310.4610.7611.4312.15결과 분석 및 토의첫 번째 실험은 요구하는 회로를 작성한 후 베이스 전류 값과 컬렉터 전류 값을 측정한 후 β의 정의에 맞는 값을 구하는 과정이다. β의 정의는 컬렉터 전류를 베이스 전류로 나눠준 값과 같 값이 관측되었다.그렇다면 과연 왜 이런 결과가 나온 것일까? 고려할 수 있는 원인 중 하나로 early effect를 들 수 있을 것이다. Early effect에서 β값을 구할 때 이미 선형으로 근사한 전류값에서 효과로 인한 전압을 크기가 작다는 이유로 무시했는데 이 경우에서는 그 크기가 절대로 무시할 수 없을 만큼 컸던 것이다. 해당 실험에선 VCE값을 고정시킨 채로 진행되었기 때문에 선형 근사 모델을 채용한다는 가정하에 VCE / VA값이 상수가 나온다. 그렇다고 가정했을 때 예측값보다 2.3배증가했으므로 VCE / VA값은 1.3이라고 생각할 수 있고, C와 E 양단에 걸리는 전압이 6V가 되도록 유지하면서 실험을 진행했기에 Early Voltage값은 선형 근사 모델에서는 라고 할 수 있다.그 다음은 두 번째 실험으로 넘어가보자. 두 번째 실험은 컬렉터에 흐르는 전류값과 C와 E 양단에 걸리는 전압 간의 관계를 알아보는 실험이었다. 기본적인 이론적 예측으로는, Early Effect를 고려하지 않는다면 작동 영역에서는 z컬렉터 전압과 아무 관계 없는 상수함수의 개형을 따를 것이며, 고려한다면 선형 근사 모델을 채용했을 때 선형 모델이 affine 변환된 개형을 따를 것이며, saturation 영역에서는 베이스 전압에 의존해서 작동하기 때문에 컬렉터 전압과 관련 없을 것이므로 똑같이 움직일 것이다.그러한 이론적 배경을 염두하고 실험값을 분석해보면 인가해주는 전압에 따라 기울기가 달라지지만 대부분의 모델들이 Early Effect의 영향을 받고 움직인다는 걸 유추할 수 있다. 선형 근사 모델을 따른다고 했을 때, 그 기울기는 (베이스 전류값) / (Early Voltage)와 같다는 걸 알고 있기 때문에 그를 고려하여 결과값을 분석해보자.우선 베이스 전류값이 10μA인 경우에는 실험값들을 기반으로 추세선을 구해보면 그 기울기는 약 0.0068가 나온다. 그 경우 Early Voltage를 구해보면 약 1.47mV이다. 20μA의 경우도 구해보면 기울기0.1311이므로 약 458mV이다. 우선 값들이 30μA를 기준으로 좀 차이가 많이 난다.이로 미뤄보아 실제 적용되는 모델은 당연히도 비선형 모델이 적용됨을 알 수 있다. 사실 이는 첫 번째 실험의 결과와도 관련있는데, 두 실험 모두 Early Voltage가 결코 무시할 수 없을 만큼 큰 값이라는 점을 시사하고 있기 때문이다. 따라서 이차함수나 지수 혹은 로그함수 모델을 적용하면 보다 정확한 값을 구할 수 있을 것이라는 결론을 내리며 해당 실험에 대한 분석을 마치겠다.질문 1 : 이 실험에서 결정된 β를 이용하여 α값을 구하여라Answer) 1/α = (1 + 1/β)이고 β ≒ 230이므로 대입해보면 α ≒ 0.996이다.질문 2 : 두 번째 실험에서 얻어진 평균 특성 곡선군에서 C와 E 사이의 전압이 20V일 때, 베이스 전류가 20μA ~ 40μA 사이에서의 β값?Answer) 20μA일 때 Ic = 3.71mA, 30μA일 때 Ic = 5.63mA, 40μA일 때 Ic = 7.68mA이므로 계산해보면 각각 약 186, 188, 192로 거의 비슷한 것을 확인할 수 있으므로 β는 약 190의 값을 갖는다고 할 수 있다.질문 3 : 책에 주어진 베이스 전류값과 C와 E 양단에 걸리는 전압 값을 이용해 컬렉터의 전력 손실?Answer) IB = μA, VCE =10V, P -> 47.5μWIB = μA, VCE = 10V, P -> 4.6μWIB = μA, VCE = 30V, P -> 248μWIB = μA, VCE = 25V, P -> 142μW질문 4 : 베이스에 걸리는 전압의 방향이 반대가 된다면?Answer) 만약 그렇다면 p형 반도체인 베이스에 (-)전압이 인가되고, 베이스는 트랜지스터 내부에서 자신이 해야하는 역할인 hole의 공급을 할 수 없게 되므로 saturation영역에서의 움직임이 거의 없을 것이고 컬렉터에 더 강한 역방향 바이어스가 가해지게 되어 majority carrier 인 free electron이 더 잘 움직일 것이므로 sa named after its discoverer James M. Early, is the variation in the effective width of the base in a bipolar junction transistor (BJT) due to a variation in the applied base-to-collector voltage. A greater reverse bias across the collector–base junction, for example, increases the collector–base depletion width, thereby decreasing the width of the charge carrier portion of the base.Base-narrowing has two consequences that affect the current:There is a lesser chance for recombination within the "smaller" base region.The charge gradient is increased across the base, and consequently, the current of minority carriers injected across the collector-base junction increases, which net current is called {displaystyle I_{CB0}}{displaystyle I_{CB0}}.Both these factors increase the collector or "output" current of the transistor with an increase in the collector voltage, but only the second is called Early effect. This increased current is shown in Figure 2. Tangents to the characteristics at l

공학/기술| 2023.05.31| 9페이지| 1,000원| 조회(168)

전자회로실험, 고려대학교, 결과 보고서, 전자회로 설계, BJT 소자, BJT의 ..

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유리기구의 불확실도 측정

일반 화학 실험1. 유리기구의 불확실도 측정결과보고서2018170942김유준◆ 실험 결과값•실험 1. 뷰렛실온 : 18.0˚C, 증류수의 밀도 : 0.99860g/mL옮긴 증류수의 부피 : 50mL뷰렛1회2회3회4회5회빈 비커 무게(g)34.2134.2144.5252.8344.52비커 + 증류수 (g)83.3083.9794.01.102.4194.16옮긴 증류수 무게 (g)49.0949.7649.4949.5849.64옮긴 증류수 부피 (mL)49.1649.8349.5649.6549.71부피 평균49.58부피 표준 편차0.2555부피 오차0.0084001.부피 평균 계산 과정( 49.16 + 49.83 + 49.56 + 49.65 + 49.71 ) / 5 = 49.582 (소수 셋째자리서 반올림)→ 49.582.부피 표준 편차 계산 과정X = 0.25546…(소수 다섯째자리서 반올림)→0.25553.부피 오차율 계산 과정1 – ( = 0.008400•실험 2. 피펫실온 : 18.0˚C, 증류수의 밀도 : 0.99860g/mL옮긴 증류수의 부피 : 10mL피펫1회2회3회4회5회빈 비커 무게(g)34.2134.2144.5252.8344.52비커 + 증류수 (g)43.9343.8154.3362.7354.28옮긴 증류수 무게 (g)9.7209.6009.8109.9009.760옮긴 증류수 부피 (mL)9.7349.6139.8249.9149.774부피 평균9.771부피 표준 편차0.1114부피 오차0.022901.부피 평균 계산 과정( 9.734 + 9.613 + 9.824 + 9.914 + 9.774 ) / 5 = 9.7718 (소수 넷째자리에서 반올림)→ 9.7712.부피 표준 편차 계산= = 0.11135…(소수 다섯째자리에서 반올림)→ 0.11143.부피 오차율 계산 과정1 - = 0.02290•실험 3. 매스 실린더실온 : 18.0˚C, 증류수의 밀도 : 0.99860g/mL옮긴 증류수의 부피 : 25mL매스 실린더1회2회3회4회5회빈 비커 무게(g)52.7683.3688.1683.3688.16비커 + 증류수 (g)76.97107.71112.23107.72112.68옮긴 증류수 무게 (g)24.3224.3524.0724.3624.52옮긴 증류수 부피 (mL)24.3524.3824.1024.3924.55부피 평균24.35부피 표준 편차0.1620부피 오차0.02601.부피 평균 계산 과정( 24.35 + 24.38 + 24.10 + 24.39 + 24.55 ) / 5 = 24.354 (소수 셋째자리서 반올림)→ 24.352.부피 표준 편차 계산 과정= = 0.16201…. (소수 다섯째자리서 반올림)→ 0.16203.부피 오차율 계산 과정1 - = 0.0260◆ 결과값들에 대한 고찰우선 ‘부피의 오차율’ 값들을 비교해 보도록 하자. 뷰렛의 오차율이 약 0.84%, 피펫의 오차율이 약 11.14%, 메스 실린더의 오차율이 약 2.6%라는 것을 확인할 수 있다. 여기서 오차율이 의미하는 바는 다름아닌 ‘실험의 정확도’이므로, 오차율이 적을수록 실험의 정확도가 높다고 판단할 수 있다. 오차율의 대소관계를 봐 보면 ‘피펫 > 메스 실린더 > 뷰렛’이라는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 정확도의 대소관계를 ‘뷰렛 > 메스 실린더 > 피펫’순이라고 판단할 수 있다(그러나 시행을 훨씬 많이 할 경우 대소관계가 달라질 수 있음.). 그리고, 세 실험기구 모두 오차가 0이 아니라는 점에서 이 세 실험기구 모두 정확하게 측정할 수 없다는 것을 알 수 있다.그리고, ‘부피의 표준 편차’ 값들을 비교해 보자. 뷰렛의 표준 편차가 약 0.2555, 피펫의 표준 편차가 약 0.1620, 메스 실린더의 표준 편차가 약 0.0260이라는 것을 알 수 있다. 이 실험에서 표준 편차 값이 의미하는 바는 ‘실험의 정밀도’이기 때문에, 실험기구의 정밀도의 대소관계를 ‘메스 실린더 > 피펫 > 뷰렛’순이라고 생각할 수 있다. 그러나, 실험의 시행 수가 5회이기 때문에 저러한 대소관계를 갖는다고 단정지을 수는 없다. (실제 대소관계는 다를 수 있기 때문이다.◆ 토의•”측정은 정량적인 관찰을 숫자와 단위로 나타낸 것이다. 그렇다면 정성적인 관찰은 무엇인가? 그리고 측정의 불확정성은 측정 장치의 정밀도에 달려있다. 그 이유를 설명하라.”‘정성적’이라는 단어의 정의는 ‘성분이나 성질을 밝히는 방식’이라는 뜻이다. 즉, 정성적인 관찰이란 ‘물질의 성분이나 성질을 밝히는 관찰 방법’이라는 뜻이다. (예시 : 크로마토그래피, 리트머스 종이를 이용한 용액의 액성 확인 등.)측정의 불확정성은 측정값이 하나의 수치로 확정되지 않는다는 뜻이므로, 결과값들이 일치하지 않는 정도를 나타낸다는 걸 알 수 있다. 그리고 ‘결과값들이 서로 일치하는 정도 = 정밀도’이므로, 측정 장치의 정밀도는 측정의 불확정성과 반비례한다고 추측할 수 있다. 이렇듯 정밀도와 불확정성은 서로 반비례 관계에 놓여있기 때문에 측정의 불확정성이 측정 장치의 정밀도에 달려있다고 말할 수 있는 것이다.•”물은 온도에 따라 밀도가 변하는데, 0 ~ 4˚C에서는 밀도가 증가하고, 4 ~ 31˚C에서는 감소가 일어난다. 그 원인에 대해 설명하라”우선 물의 온도 변화에 따른 질량 변화가 없다고 가정하자, 그렇다면 밀도 변화에 영향을 끼치는 요인은 온도 변화에 따른 부피 변화 뿐이다. 그리고 물의 부피 변화에 영향을 끼치는 요인은 열팽창과 결정 구조의 붕괴가 있다. , 0 ~ 4˚C에선 온도 증가에 의한 열팽창보다 결정 구조의 붕괴에 의한 부피 감소의 영향이 더 크기 때문에 부피가 감소하지만, 4 ~ 31˚C에선 결정 구조의 붕괴에 의한 부피 감소의 영향보다 온도 증가에 의한 열팽창의 영향이 더 크기 때문에 부피가 증가한다.

자연과학| 2018.12.06| 5페이지| 1,000원| 조회(533)

유리기구, 일반화학실험, 정밀도

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