*태* 스토어 > 전체 자료

전체자료 88개

전자회로실험II - 실험 9. DC 모터 속도 제어 및 측정 제 1주 예비보고서

*예비보고서*실험 제목실험 9. DC 모터 속도 제어 및 측정조4조제 1주. PWM을 이용한 DC 모터 속도 제어1. 실험 목적(1) DC 모터의 특성을 이해한다.(2) 555 타이머를 이용한 PWM 변조 방식을 이해한다.(3) PWM 변조를 이용한 DC 속도 제어 기법을 이해한다.2. 실험 이론DC 모터의 속도 제어기는 요구하는 속도를 만족시키기 위한 신호를 생성하고 이를 이용하여 모터를 구동한다. 제어기는 모터의 속도를 측정하지 않고 제어하는 개루프 제어기(Open loop controller)와 모터의 속도를 측정하여 제어하는 폐루프 제어기(Closed loop controller)로 나눌 수 있다. 폐루프 제어기는 개루프 제어기에 비하여 구성이 복잡하지만 외란과 추적오차에 월등한 성능을 나타낸다. 본 실험에서는 PWM 변조기법을 이용하여 DC모터의 속도를 제어하는 구현이 용이한 개루프 제어기를 설계하고, 모터의 속도를 측정하여 표시하는 회로를 설계한다.2.1 DC 모터DC 모터란, 고정자로 영구자석을 사용하고, 회전자(전기자)로 코일을 사용하여 구성한 것으로, 전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발, 흡인력으로 회전력을 생성시키는 모터이다.2.2 DC 모터 구조 및 구동원리DC 모터의 기본 요소는 그림 3.1.2와 같다. 회전하지 않는 부분(고정자, stator)은 자석을 가지고 있으며, 이 자석은 회전 부분(회전자)을 가로지르는 자장을 형성한다. 자석은 영구자석 혹은 전자석이 사용되나 소형 모터에서는 여구자석이 주로 사용된다. 브러쉬(brush)는 회전자에 감겨진 권선으로 전류가 흐를 수 있게 한다. 회전하는 정류자(commuter)는 권선 다발인 전기자(armature)로 항상 전류가 흐르도록 하여 원하는 방향으로 최대 토크를 발생시킨다. 전류의 방향이 바뀌면 토크의 방향도 바뀐다.2.3 DC모터 모델링DC 모터 회로는 그림 3.1.6으로 나타낼 수 있으며 여기서 토크와 역기전력(back emf)은 다음식과 같다.theta _{m}는_{m} dot{theta _{m}})와 부하 축을 회전시키는데 필요한 토크(tau _{t} =J _{`l`} ` ddot{theta _{l} ``} +c _{l} ` dot{theta _{l}} + tau _{l} ``)를 모터 축에서 보았을 때의 토크로 환산한 토크(tau _{t} ^{*} =J _{l} ddot{``` theta _{m}} +c _{l} dot{``theta _{m}} +`` tau _{l} ```)의 합으로 다음 식으로 나타난다.tau =J ddot{`` theta _{m}} +c` dot{theta _{m}} + tau _{l}여기서 등가 관성 계수는J=J _{m} +J _{l}, 등가점성저항계수c=c _{m} +c _{l}이며,J _{l}는 부하의 회전관성,C _{l}은 부하의 점성마찰계수,tau _{l}는 부하토크를 나타낸다.식(3.1.7)과 (3.1.8)로부터 다음 식을 얻는다.L _{a} {di _{a}} over {dt} +R _{a} i _{a} +K _{e} dot{theta _{m}} =V _{a}부하의 토크를 무시하면(tau _{l} =0)식 (3.1.6)과 (3.1.9)로부터 다음을 얻는다.J ddot{``theta _{m}} +c dot{``theta _{m}} =K _{t} i _{a} +T _{i}여기서 부하토크의 외란을 나타내는 입력T _{l}가 추가되었으며, 식을 단순화하기 위하여 속도y == dot{theta _{m}},외란omega == T _{l}로 정의하면 위식은 다음과 같이 단순화 된다.L _{a} {di _{a}} over {dt} +R _{a} i _{a} +K _{e} `y=V _{a}J dot{y} +cy=K _{t} i _{a} +omega위 식을 라플라스 변환하면 다음과 같다.L _{a} sI _{a} (s)+R _{a} I _{a} (s)+K _{e} Y(s)y=V _{a} (s)JsY(s)+cY(s)=K _{t} `I _{a} (s)+W(s)위의 식으로부터 모터의 속도를 나타내는 다음의{2} s+1)} W(s)tau _{1,2} ^{````````-1} = {(JR _{a} +cL _{a} )± sqrt {(JR _{a} +cL _{a} ) ^{2} -4JL _{a} (cR _{a} +K _{t} K _{e} )}} over {2JL _{a}}A= {K _{t}} over {cR _{a} +K _{t} K _{e}} ,``````````````B= {1} over {cR _{a} +K _{t} K _{e}} 만약L _{a} image 0,`c image 0 이 만족되면tau _{2} = {L _{a}} over {R _{a}}를 얻을 수 있다. 이를 전기 시정수(eletrical time constant)로tau _{1} = {R _{a} J} over {K _{t} K _{e}}는 기계 시정수 (mechanical time constant)라 부르며 일반적tau _{2} < tau _{1}이 성립한다.상수입력v _{a}과 상수 외란 w에 대한 DC모터의 정사상태 속도는 다음과 같으며 이는 만약 외란이 없다면 입력 전압에 비례하는 출력 (DC모터의속도)을 얻을 수 있음을 알 수 있다.y _{ss} =Av _{a} +Bw`2.4 555 타이머를 이용한 PWM 변조PWM 신호는 피변조 신호의 크기에 따라 펄스의 폭을 가변 시키는 방법으로 생성한다. 그림 3.1.7과 같이 비교기를 사용하여 그림 3.1.8의 PWM 신호를 생성할 수 있다.그림 3.1.8에서는 피변조 신호를 톱니파 신호와 비교하기만 하면 된다. 즉 그림과 같이 입력 신호와 톱니파를 비교하여 그 부호를 출력한다. 입력 신호가 크면 양의 부호의 출력시간이 길어지고 입력 신호가 작으면 양의 부호의 출력시간이 짧아진다. PWM 신호 발생에 필요한 톱니파 신호는 증가시간이 매우 길고 감소 시간은 매우 짧은 신호이며, 톱니파는 사각파를 적분하여 얻을 수 있다. 그러나 555 타이머를 이용하면 적분기를 구성하지 않고도 쉽게 톱니파 파형을 얻을 수 있다. 555 타이머는 단일 펄스나 연속 펄스를_{A}+2R_{B}}2.6. PWM 변조를 이용한 DC 모터의 속도제어정밀한 속도제어에서는 미분방적식의 해를 고려해야하지만, 많은 응용에서는 모델에서 시정수 값이 크지 않으므로 정상상태의 값만을 고려하여 DC 모터의 속도는 코일에 흐르는 전류에 비례하며, 이는 다시 전압과 비례한다고 단순화 하여 DC 모터를 제어한다. 즉 DC 모터에 인가되는 전압을 이용하여 속도를 제어하면 아날로그 방식과 펄스 폭 변조(PWM)를 이용하는 방법이 있다.아날로그 방식은 입력과 현재 모터에 인가되는 전압의 차에 따라 감쇄 이득을 변경하여 모터의 속도를 제어한다. 예를 들어 모터가 멈춘 상태에서 입력이 인가되면 입력과 모터에 걸린 전압 차가 발생하며 트랜지스터로 구성된 전압 강하기에서 이 전압 차에 비례하는 출력이 DC 모터에 인가되도록 한다.PWM 방식에서는 펄스폭을 변화시켜 구동전압을 바꾸는 것과 같은 효과를 낸다. 일정 주기로 단속하여 생성한 펄스를 모터에 입력하고, 이 때 입력 펄스의 듀티 비를 바꿈으로써 속도 제어를 구현한다. PWM 펄스는 555 타이머를 이용하여 생성할 수 있으며, DC 모터의 속도제어를 위하여 다음의 두 가지 기법이 많이 사용된다.그림 3.1.12의 DC 모터 구동회로는 펄스 출력 생성부와 MOSFET부로 구성된다. MOSFET은 DC 모터의 구동에 필요한 충분한 전류를 공급하기 위하여 사용된다. 555타이머의 출력 펄스의 주기는 저항 R1과 커패시터 C1에 따라 결정되며 다음 식으로 타나난다.Frequency={1.44}over{R_{1}C_{1}} 이 회로는 555 타이머의 출력의 듀티 비가 아닌 주파수를 이용하여 속도를 제어한다는 점에서 PWM 기법과는 차이가 있다.그림 3.1.14에 PWM을 이용한 DC 모터의 구동회로를 나타내었다. 이 회로는 그림 3.1.12와 달리 주파수는 일정하게 유지하고 듀티 비만 변화시켜 출력 전압을 제어하는 회로이다.DC모터의 속도는 코일에 흐르는 전류와 비례하며, 이는 다시 전압과 비례한다고 단순화여 DC모터를 ver {R _{1} C _{1}} 펄스의 주파수가 높으면 전류에 발생한 스파이크가 모터의 인덕턴스에 흡수되어 안정되지만, 주파수가 낮으면 전류에 스파이크가 발생할 위험이 높다. 그러나 펄스의 주파수가 높으면 전력의 손실이 많다.- DC전류인 경우 전력은P=I ^{2} R이지만 스위칭하는 평균전력은P= {1} over {2} (2I) ^{2} R+ {1} over {2} (0) ^{2} =2I ^{2} R이 되어 두 배의 전력이 소비된다.주파수와 리플의 관계최소 주파수와 리플의 관계3. 예비과제 및 설계(1) Matlab를 이용하여 식 3.1.17로 모델링된 DC 모터에v _{a}의 unit step 입력이 인가된 경우의 응답을 구하라. 단 moment of interia of the rotor(J)=0.01kgm ^{2} /s ^{2}, damping ratio of the mechanical system (c)=0.1Nms, electromotive force constant(K=K _{e} =K _{t})= 0.01Nm/Amp, electric resistance (R _{a})=1OMEGA, electric inductance(L _{a})=0.5H 이고 외란과 부하가 없다고 가정한다. [Hint : Matlab Control Toolbox의 step 함수를 이용하라.]>> J = 0.01;>> b = 0.1;>> K = 0.01;>> R = 1;>> L = 0.5;>> x = K;>> y = [(J+K) ((J*R)+(L*R)) ((b+R)+K^2)];>> step(x, y, 0:0.01:5)> J = 0.01;>> b = 0.1;>> K = 0.01;>> R = 1;>> L = 0.5;>> [u, t] = gensig('square', 1, 5, 0.1);>> den = [(J*L) ((J*R)+(L*b)) ((b*R)+K^2)];>> num = K;>> H = [tf(num, den)];>> lsim(H, u, t)>> axis([0 5 -1 2]

공학/기술| 2017.04.02| 15페이지| 2,000원| 조회(291)

전자공학, 전자회로실험, 예비보고서, 전기공학, 전자회로실험II, DC 모터 속도..

미리보기

닫기
전자회로실험II - 실험 4. 전자 오르간 예비보고서

*예비보고서*실험 제목실험 4. 전자 오르간조4조1. 목적(1) Op-amp를 이용한 발진기 및 2차 저역통과필터를 설계한다.(2) 이를 이용한 전자 오르간을 제작한다.2. 이론이상적인 Op-amp의 특징① 전압 이득이 무한대② 입력 임피던스가 ∞③ 출력 임피던스 가 0④ 무한대 대역폭⑤ 두 입력전압이 같으면 (V_1`=V_2) 출력전압도 02.1 구형파 및 삼각파 발생기구형파 및 삼각파 발생기는 슈미트 비교기와 적분기를 조합하여 구현한다.이 회로도는 구형파 및 삼각파 발생기이다. 회로도에서 첫 번째 단인 슈미트 비교기의 출력V_out이+V_sat으로 포화되어 있다면 피드백 계수를 B라고 할 때,V _{i`n} ^{````+}은 다음과 같다.v _{i`n} ^{````+} = {R _{2}} over {R _{1} +R _{2}} V _{sat} =BV _{sat}저항 R을 흐르는 전류와 적분기의 출력전압은 다음과 같다.i= {v _{i`n }} over {R} = {v _{i`n (p-p)}} over {2R} ,v _{out(p-p)=} {TRIANGLE Q} over {C} = {i TRIANGLE t} over {C} = {v _{i`n(p-p)}} over {4fRC}따라서 발진주파수는 다음과 같다.f _{out} = {1} over {4RC} {v _{i`n(p-p)}} over {v _{out(p-p)}} = {1} over {4RC} {R _{1}} over {R _{2}}2.2 1차 및 2차 저역통과필터(Low-Pass Filter)저역통과필터는 입력신호의 낮은 주파수 성분을 통과시키고, 높은 주파수 성분을 차단시키기 위하여 사용한다. Op-amp와 저항, 커패시턴스를 이용하여 간단한 1차 저역통과필터를 구성할 수 있으며 필터의 특성을 강화하기 위하여 1차 저역통과필터에 커패시턴스를 하나 더 추가하여 2차 저역통과필터를 구성할 수 있다.(1) 1차 저역통과필터아래 회로는 op-amp를 사용하여 만든 1차 능동저역통과필터이다. op-amp의V _^{```-}과V _{i`n} ^{```+}단자에 키르히호프의 전류법칙을 적용하면v _{i`n} ^{````-} =v _{out} {R _{1}} over {R _{1} +R _{2}}v _{i`n} ^{````+} =v _{i`n} {R _{1}} over {1`+sRC} 여기서V _{i`n} ^{```-} =V _{i`n} ^{```+}이므로{v _{out}} over {v _{i`n}} = LEFT ( 1+ {R _{2}} over {R _{1}} RIGHT ) TIMES {1} over {1+sRC}s=jw 로 바꾸어 1차저역통과필터의 차단주파수를 구하면w _{c} =1/RC가 된다.(2) 2차 저역통과필터1차 필터는 고주파에서의 감쇠 특성이 완만하기 때문에 보다 가파른 감쇠 특성을 얻기 위해 출력 전압이 주파수의 제곱에 비례하여 감소하는 2차 필터를 사용한다.A= {v _{out}} over {v _{i`n}} =K {1} over {(sRC) ^{2} +(3-K)sRC+1}여기서w _{c}와 Q는 다음과 같다.w _{c} = {1} over {RC} ,```Q= {1} over {3-K}Q= {1} over {sqrt {2}} 일 때 최대 평탄특성을 가지므로 만일 K=3 이상이 되면 회로는 발진하며 회로가 비반전 증폭기로 동작하면K=1+ {R _{2}} over {R _{1}}이므로R _{1},R _{2}를 적절히 조절해야 한다.3. 예비 과제(1) 구형파/삼각파 발진기의 동작원리를 이해한다. 주어진 회로의 발진주파수를 계산한다. Op-amp 출력단에서의 파형의 개략적인 형태를 예측해본다.왼쪽의 Op-amp에서는 적분기로 동작하여 입력전압을 시간에 따라 적분하는 역할을 하고, 오른쪽의 Op-amp에서는 비교기의 역할로 왼쪽의 Op-amp에서 나온 신호와 2번 단자에 들어오는 신호를 비교하여 0V와 +15V의 전압으로 출력하는 역할을 한다고 할 수 있다. 따라서 적분기의 출력단인 U1에서는 삼각파의 전압출력이, 비교기의 출력단인 U2에서는 구형파의 전생할 것으로 예상되어 진다. 회로의 발진주파수를 계산해보면 다음과 같다.f= {1} over {4RC} TIMES {R3} over {R4} = {1} over {4 TIMES 10 TIMES 10 ^{3} TIMES 0.1u} TIMES {100k} over {47k} =531.91Hz(2) 아래에 주어진 2차 저대역 통과 필터의 주파수 응답, 대역폭을 구한다.w _{c} = {1} over {RC} = {1} over {20 TIMES 10 ^{3} TIMES 10 TIMES 10 ^{-9}} =5kHz4. PSpice 시뮬레이션(1) 의 회로를 구성한다.(2) R=10k으로 설정하고 Op amp 출력단의 전압 파형을 측정한다.회로 구성< 출력단의 전압 파형 >- 시뮬레이션 결과 U1의 출력단 에서는 삼각파, U2의 출력단 에서는 구형파가 출력되는 것을 알 수 있다.(3) 가변저항 R을 변화시키면서 두 번째 Op amp 출력단에서의 주파수를 측정한다.회로 구성< R = 4[kΩ]일 때 >< R = 6kΩ]일 때 >< R = 8[kΩ]일 때 >< R = 10[kΩ]일 때 >< R = 12[kΩ]일 때 >< R = 20[kΩ]일 때 >R저항(OMEGA)4k6k8k10k12k20k발진주파수(이론) [Hz]1.3298k886.525664.894531.915443.262379.939발진주파수(실제) [Hz]1.1876k826.241631.194512.636424.628258.732- 시뮬레이션 결과 R저항 값의 크기를 증가시킬수록 발진주파수는 점점 작아지는 것을 알 수 있. 따라서 출력전압의 주파수를 조절하기 위해서는 R저항 값의 크기를 조절해야 한다고 할 수 있다.(4) 의 회로를 구성한다.(5) 입력단에 정현파 주파수 1Hz~1MHz 로 변화시켜 가면서 출력전압을 측정하고, 이 결과로부터 통과대역 이득 및 차단주파수를 구하고, 보드선도를 그리시오회로 구성< 출력 전압 측정 >< 통과대역 이득 측정 >- 시뮬레이션 결과 출력전압은 주파수가 높아질수록 낮아지는 것을었고, 통과대역 이득은 그래프와 같이 주파수가 높아질수록 낮아지다가 일정한 값에서 멈추는 것을 알 수 있었고 차단주파수는 510.538Hz이다.(6) R1, R2를 조정하여 차단주파수를 변화시켜본다.R1, R2 저항(OMEGA)5k10k12k20k40k100k차단주파수(이론) [Hz]2.2282k1.1141k928.404577.042278.521111.408차단주파수(실제) [Hz]2.0410k1.0241k836.932510.538255.060101.777- 시뮬레이션 결과 R1, R2 저항의 값을 높일수록 차단주파수의 이론 및 실제의 값이 점점 감소하는 것을 알 수 있다. 차단주파수가 낮아진다는 말은 대역폭이 줄어드는 것과 같은 의미를 갖기 때문에 특정주파수 대역의 출력전압을 얻기 위해서는 R1, R2의 저항값을 잘 조절하면 원하는 결과를 얻을 수 있을 것이다.5. 설계아래 회로를 참고하여 다음 규격을 만족하는 전자오르간을 설계한다.주파수 : 440 Hz(기준 주파수:라), 시, 도, 레, 미, 파, 솔, 880 Hz(라)출력 신호 : 1Vpp이상의 근사 정현파출력 부하 : 8OMEGA 스피커주파수 정확도 : 오차 5%이내제한사항 : 15V 단일 전원 사용건반이론 주파수(Hz)A4(라)440B4(시)493.9C5(도)523.3D5(레)587.3E5(미)659.3F5(파)698.5G5(솔)784A5(라)880(1) 스위치(흰 건반)에 따라서 높이가 다른 음을 발생시키기 위하여 저항 R을 변화시킨다. 440~880Hz의 서로 다른 주파수 출력을 얻기 위하여 필요한 저항 값을 계산한다. 건반 음계의 주파수는 다음과 같다.- 발진주파수는 구형파 및 삼각파 발생기의 회로 구성에 영향을 받기 때문에 슈미트 비교기와 적분기의 R, C값을 조절해야 한다. 발진주파수f _{out} = {1} over {4RC} {R _{1}} over {R _{2}} 의 공식을 설계 회로에 적용하면f _{out} = {1} over {4TIMES(47k`OMEGA)TIMES(0.1muF)}`OMEGA} over {R}이 된다. 따라서 원하는 발진주파수를f _{out}에 대입하여 R값을 계산하여 설계하면 원하는 발진주파수를 출력하는 회로를 설계할 수 있다.건반이론 주파수(Hz)저항 R값 설계A4(라)440R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {440} =12.089`k`OMEGAB4(시)493.9R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {493.9} =10.769`k` OMEGAC5(도)523.3R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {523.3} =10.165`k` OMEGAD5(레)587.3R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {587.3} =`9.057k` OMEGAE5(미)659.3R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {659.3} =8.068`k` OMEGAF5(파)698.5R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {698.5} =7.615`k` OMEGAG5(솔)784R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {784} =6.785`k` OMEGAA5(라)880R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {880} =6.044`k` OMEGA(2) cut-off 주파수를 1kHz로 하기 위한 2차 저역통과필터의 저항과 커패시턴다.

공학/기술| 2017.04.02| 13페이지| 2,000원| 조회(191)

전자공학, 전자회로실험, 예비보고서, 전기공학, 전자 오르간, 전자회로실험II

미리보기

닫기
전자회로실험II - 실험 1. 능동필터 결과보고서 평가D별로예요

*결과보고서*실험 제목실험 1. 능동필터조4조능동 저역통과필터(LPF)① 실험 결과(1) 그림 19-2의 회로를 구성하여라.(2) V _{i`n}에 100Hz, 1Vp-p의 정현파 신호를 인가하여 출력을 오실로스코프 출력을 관찰하여라.회로 구성200Hz400Hz800Hz- 실험 결과, 주파수가 증가함에 따라 전압 이득이 줄어듬을 확인할 수 있다. 그 이유는 실험에 사용된 회로가 저역통과필터(Low Pass Filter)이기 때문이다.(3) 그림 19-2 회로의 출력전압(V _{out})의 파형을 측정하여 표 19-1에 기록하여라. 단, V _{i`n} =sin(2pi1000t)이다.(4) 그림 19-2 회로의 차단주파수를 측정하고 전압이득을 구하여 표 19-2에 기록하여라. 단, LEFT | {V _{o} (t)} over {V _{i} (t)} RIGHT | _{f=fc} =0.707이다.- 실험에서는 200, 400, 800Hz일 때만을 측정하였기 때문에, 실제 차단 주파수에 대해서는 정확한 측정이 어려웠다. 따라서 예비보고서의 시뮬레이션 값을 참고하여 생각해보면, 455Hz 정도가 되는데, 이 때의 값의 범위를 실험 결과를 통해 생각해보면, 1.68V(400Hz) ~ 1.12V(800Hz) 사이의 주파수 값이 차단 주파수라는 것을 알 수 있다. 실제 이론식LEFT | {V _{o} (t)} over {V _{i} (t)} RIGHT | _{f=fc} =0.707을 이용하여 구해보면 출력 전압은 1.414V일 때의 값이 차단 주파수이다. 어느 정도의 오차는 발생하였겠지만, 위와 같이 생각해보면 실제 이론과 실험값이 거의 일치한다는 것을 알 수 있다.(5) 그림 19-2 회로의 통과대역 리플 (V _{out} (t:f)max/V _{i`n} (t:0)) 을 측정하여 표 19-2에 기록하여라.(6) 입력주파수를 변화시켜 가면서 위의 실험을 반복하여라.입력주파수 Hz차단주파수(fc)전압이득(Av)대역 리플(Br)200400~800Hz0.961.82400400~800Hz0.791.58800400~800Hz0.541.08② 고찰(1) 차단주파수의 계산값과 측정값의 오차를 설명하라.- 예비보고서에서 계산했던 과정을 다시 살펴보면LEFT | {1} over {1-5.04 TIMES 10 ^{-8} w ^{2} +jw4.49 TIMES 10 ^{-4}} RIGHT | = {1} over {sqrt {2}}#LEFT | 1-5.04 TIMES 10 ^{-8} w ^{2} +jw4.49 TIMES 10 ^{-4} RIGHT | = sqrt {2}#(1-5.04 TIMES 10 ^{-8} w ^{2} ) ^{2} +(w4.49 TIMES 10 ^{-4} ) ^{2} =2#w ^{4} +3.969 TIMES 10 ^{7} w ^{2} -3.937 TIMES 10 ^{14} =0`#위`식을`계산하면#w=`2866.81#THEREFORE `f _{c} =w/2pi=456.267Hz임을 알 수 있다. 시뮬레이션을 진행할 때 약 455Hz의 주파수일 때의 결과 전압 이득이 약 {V _{out}} over {V _{i`n}} = {1.414} over {2.00} =0.707(V/V)으로 나온 것으로 보아 실험 결과를 통해 알 수 있는 400~800Hz는 어느 정도 오차는 있겠지만, 실제 이론과 같다고 볼 수 있다.(2) 전압이득 V _{out} (s)/V _{i`n} (s)의 계산값과 측정값의 오차를 설명하라.- 역시 예비보고서에서 계산했던 전압이득의 식을 가져오면 {1} over {1-5.04 TIMES 10 ^{-8} w ^{2} +jw4.49 TIMES 10 ^{-4}} 임을 알 수 있다.s = jw =j2pif 이므로 f에 입력했던 주파수의 값을 대입해서 계산해보면 다음과 같다.입력주파수 Hz전압이득계산값 (Av)전압이득측정값 (Av)오차 (%)2000.9260.963.674000.7590.794.088000.4400.5422.72계산값과 측정값의 오차를 살펴보면 적게는 3.67%부터 크게는 22.72%까지 오차가 생기는 것을 알 수 있다. 3가지 경우 밖에 측정을 하지 않아, 정확하지는 않지만 입력주파수가 커질수록 오차도 커짐을 알 수 있다. 그 이유는 저역통과필터는 이론적으로 낮은 주파수 일 때는 100% 통과하다가 일정 주파수 이상은 통과가 전혀 안 되는 것이 가장 이상적인데, 현실적으로는 일정주파수 이후로는 전압이득이 서서히 떨어지기 때문이다.(3) 통과 대역 리플의 계산값과 측정값의 오차를 설명하라.- 통과 대역 리플은 예비 보고서에서 언급했듯이, 이론값을 구하는 데 어려움이 있어, 계산값과 측정값의 오차를 비교하지 못하였다.(4) 실험 시 어려웠던 점이나 건의할 내용은 무엇인가?- 오실로스코프를 이용하여 측정하기 위해 필요한 프로브가 제대로 작동되지 않는 것이 많은 것 같다. 처음 실험을 진행할 때, 회로를 구성한 것과 다른 기기들의 오작동은 없었지만, 결과 값이 제대로 측정되지 않았다. 마지막으로 프로브를 교체하여 다시 측정해보니 제대로 된 결과 값이 나왔다.능동 대역통과필터(BPF)① 실험 결과(1) 그림 20-2의 회로를 구성하여라.(2) 입력신호를 1Vp-p로 하고 주파수를 100Hz 로부터 서서히 증가시키면서 출력의 변화를 관찰한다.회로 구성R _{1} =2.7k`OMEGA일 때, 200HzR _{1} =2.7k`OMEGA일 때, 400HzR _{1} =2.7k`OMEGA일 때, 800HzR _{1} =2.7k`OMEGA일 때, 1600HzR _{1} =1.5k` OMEGA 일 때, 200HzR _{1} =1.5k` OMEGA 일 때, 400HzR _{1} =1.5k` OMEGA 일 때, 800HzR _{1} =1.5k` OMEGA 일 때, 1600Hz- 실험 결과, 주파수가 증가함에 따라 전압 이득이 증가하다가 일정 주파수 이상이 되었을 때부터 이득이 점점 감소한다는 것을 확인할 수 있다. 그 이유는 실험에 사용된 회로가 대역통과필터(Band Pass Filter)이기 때문이다.(3) 입력전압(Vi)과 출력전압(Vo)을 측정하여 표 20-1에 기록하여라.(4) 차단주파수(fc)를 측정하여 이론값과 비교하여라.(5) 출력응답이 차단주파수 이득의 0.707배로 감소하는 두 개의 주파수를 측정하여 표 20-1에 기록하여라.(6) 대역폭(f _{B})과 양호도(Q)를 구하여 표 20-1에 기록하여라.(7) 주파수를 표 20-2와 같이 변화시켜 가면서 출력전압 Vo를 측정하여 표 20-2에 기록하여라.(8) R _{2}를 1.5k`OMEGA으로 바꾸고 위의 실험을 반복하여라.< 표 20-1 >저항fofc(측정)fc(이론)f _{L}f _{H}f _{B}QR _{2} =2.7k` OMEGA800 ±200Hz400~1600Hz623.9Hz400~800Hz800~1600Hz269.4Hz-R _{2} =1.5k` OMEGA800 ±200Hz800~1600Hz892.9Hz800~1600Hz800~1600Hz215.1Hz-② 기초 이론그림 20-1은 기본적인 대역통과필터이다. 이 회로에서 Q는 10보다 적고 반전증폭기로 구성되어 있으며 OP-AMP에 정귀환 방식으로 연결한 2차 능동 대역필터이다. 일반적으로 대역필터는 W _{0}에 있어서 출력은 최대로 되고, 공진 특성으로 되어 있다. Q가 작을수록 설계가 용이하고 통과 대역 내에서 균일한 이득을 갖게 된다. Q가 큰 경우에는 통과대역이 작게 되어 실제의 회로구성에서 상당히 어려운 점이 따르게 된다.그림 20-1의 차단주파수 fc는 다음 식으로 나타내어진다.f _{C} = {1} over {2piC} ( {1} over {R _{3}} {R _{1} +R _{2}} over {R _{1} R _{2}} ) ^{1/2}R _{1} ,`R _{2} ,`R _{3}과 Q, fc, C 및 이득 G 사이에는 다음과 같은 관계식이 있다.R _{1} = {Q} over {2pif _{C} GC} , R _{2} = {Q} over {2pif _{C} C(2Q ^{2} -G)} , R _{3} = {Q} over {pif _{C} C}G를 구하면 G`=` {R _{3}} over {2R _{1}} 이고, Q>( {G} over {2} ) ^{1/2} 이다.

공학/기술| 2017.04.02| 2,000원| 조회(190)

전자공학, 결과보고서, 전자회로실험, 능동필터, 전기공학, 전자회로실험II

미리보기

닫기
전자회로실험II - 실험 9. DC 모터 속도 제어 및 측정 제 2주 결과보고서

구 분주 제주 차결 과9. DC 모터 속도 제어 및 측정제 2주. 포토 인터럽트를 이용한DC 모터 속도 측정① 실험 결과(1) 400Hz, 5V _{pp}의 정현파를 SN7414와 SN7404에 인가했을 때의 결과를 비교하라. ⇒ 실험 결과 시뮬레이션과 똑같은 결과를 얻지는 않았지만 SN7414를 사용했을 때가 SN7404를 사용했을 때 보다 더 각이 진 구형파의 파형이 나오는 것을 확인할 수 있었습니다. 따라서 디지털 회로를 구성할 때 SN7414을 사용하여 회로를 구성하는 것이 원하는 응답을 얻는데 더 적합하다고 할 수 있습니다.(2) 그림 3.2.12의 회로를 구성하고 7490 BCD 카운터의 출력을 확인하라. CLKQDQCQBQA10진수 변환*************00*****************************************************************2⇒ 실험 결과 7490 BDC 카운터의 각 출력을 살펴보면 아래의 표와 같습니다.BCD 카운터의 출력을 살펴본 결과 CLK 입력의 수에 따라서 2진수 출력이 0000부터 1씩 증가하여 1001까지 출력이 되고 1001에서 한 번 더 CLK 입력이 인가되면 0000으로 되고 다시 2진수 출력이 카운트 되는 것을 알 수 있습니다. 따라서 2진수 출력을 10진수로 바꾸면 0에서 9까지의 10진수를 출력하는 카운터라고 생각할 수 있고, 7490 BCD 카운터를 이용하여 7-Segment 소자를 구동하여 10진수를 표현하는 회로를 구성할 수 있습니다.(3) 그림 3.2.13의 회로를 구성하고 동작을 확인하라. .⇒ 회로도를 구성하고 7490의 CLK 입력에 구형파로 진폭은 0~5V이고 주파수를 1Hz부터 9Hz까지 변화시키면서 측정을 해보았더니 7-Segment의 출력이 CLK 단자에 입력되는 각 구형파의 주파수에 맞게 출력되는 것을 확인할 수 있었습니다. 따라서 이 구형파의 입력부분을 포토인터럽트의 출력을 이용하여 회로를 구성하면 포토인터럽트의 출력 주파수에 따른 주파수 값, 즉 RPM을 측정할 수 있을 것이라고 생각했습니다.(4) 그림 3.2.14와 같이 회전디스크를 제작하고 이를 포토인터럽트에 설치한 후 회전시키면서 7-세그먼트의 출력을 확인하라. (손으로 회전 시켜 출력을 확인할 것)⇒ 포토인터럽트를 구성한 회로도에 추가하여 설치를 해 보았는데 그림 3.1.15의 포토인터럽트 회로를 참고하였는데 회로를 구성하는데 필요한 전압값과 저항값이 주어지지 않아서 임의로 전압은 5Vdc, 저항은 두 개 모두 1k`OMEGA으로 하고 측정해보았는데 포토인터럽트에 막히는 장애물이 없어도 시간에 따라 7-Segment의 출력 값이 무작위로 바뀌는 것으로 보아서는 포토 인터럽트에 연결되는 전압이나 저항 값에 문제가 있었던 것 같습니다. 정확한 소자 값을 알았으면 결과를 얻었을 텐데 값이 주어지지 않아서 아쉬웠습니다.② 고 찰⇒ 이번 실험은 포토 인터럽트를 이용하여 DC 모터 속도를 측정하고 7-Segment로 출력하는 회로를 구성하여 실험해 보았습니다. 포토 인터럽트는 발광부와 수광부 사이의 방해물이 없을 때 출력이 0V가 되고, 방해물이 있을 때는 출력이 5V가 되는 소자로 디지털로 0과 1의 출력을 갖는 소자라고 할 수 있습니다. 모터에 원판을 장착하고 한 쪽에 구멍을 뚫어서 모터가 회전하면 포토인터럽트에서는 모터가 한 바퀴를 돌 때 마다 5V가 주기적으로 출력될 것입니다. 이것을 7414 소자를 통하면 반전이 되어서 모터가 한 바퀴를 돌 때 마다 0을 출력하는 구형파 파형을 얻을 수 있고 이 신호가 펄스계수회로에서 7490의 CLK 신호로 입력되면 펄스계수회로에서 7-Segment는 모터가 회전하는 주파수를 10진수로 표시할 것입니다.

공학/기술| 2017.04.02| 2페이지| 2,000원| 조회(124)

전자공학, 전자회로실험, 전기공학, 전자회로실험II, DC 모터 속도 제어

미리보기

닫기
전자회로실험II - 실험 3. 오디오증폭기 결과보고서

*결과보고서*실험 제목실험 3. 오디오증폭기조4조1. 실험 결과(1) 제작품의 출력단에 8Ω 저항을 연결하고, 입력단에 함수발생기를 연결한다.(2) 정현파를 입력하여 출력 파형에 잡음 또는 왜곡이 없는지 확인한다.(3) 제작품의 통과대역(1kHz) 이득을 측정한다.(4) 입력신호에 100mVpp 정현파를 가하고, 주파수를 1 Hz ~ 100 Hz 로 변화시키면서 증폭기 이득을 측정하시오. 이 결과로부터 주파수 응답을 그리고, 저주파 차단주파수 및 대역폭을 구하시오.회로 구성1 [Hz]10 [Hz]100 [Hz]1 [kHz]10 [kHz]100 [kHz]1 [MHz]10 [MHz]입력주파수(Hz)1101001k10k100k1M10M출력전압(Vpp) [V]0.6400.6601.185.445.525.321.880.880이득(dB)6.46.611.854.455.253.218.88.8- 입력전압의 주파수를 증가시켜가면서 출력전압을 측정한 결과, 출력전압은 일정한 대역에서 전압이득이 증가함을 알 수 있었다.- 예비보고서 시뮬레이션을 토대로 전압 이득의 최댓값이 되는 주파수를 10[kHz]라고 생각하여 분석해보면, 100[Hz] ~ 1[kHz]에서 이득이 급격하게 증가했다는 것을 알 수 있고, 100[kHz] ~ 1[MHz]에서 이득이 급격하게 감소했다는 것을 알 수 있다.- 시뮬레이션과의 비교입력주파수(Hz)1101001k10k100k1M10M100M이득(dB)16.90954.13568.37868.80468.80968.79067.24252.07524.417이득에 대한 값을 나타내는 특성은 실험과 시뮬레이션이 거의 일치한다는 것을 알 수 있다. 하지만 값에 대한 오차를 보면, 시뮬레이션의 경우 100[Hz]일 때, 거의 최대 이득을 나타내지만 실험에서는 100[Hz]에서도 최대 이득에 20%정도 밖에 되지 않는 값을 나타내었다. 이를 통해 생각해볼 수 있는 것은, 실제 실험에서의 대역폭(BW)이 훨씬 줄어들었다는 것을 알 수 있다.10 [mV]20 [mV]50 [mV]100 [mV]200 [mV]500 [mV](5) 피드백 증폭기의 입력 전압을 증가시켜 가면서 왜곡이 일어나지 않는 최대 출력 전압을 구한다.입력전압(mVpp)102050100200500출력 왜곡 여부XXXXXO출력전압(Vpp)0.7601.283.605.2411.019.8- 입력 전압의 크기를 증가시키면서 출력 전압을 측정한 결과, 출력 전압은 입력이 커짐에 따라 값이 점점 증가한다는 것을 알 수 있다.- 실험 결과를 토대로 최대 출력 전압을 구해보면, 200~500[mV] 사이라는 것을 알 수 있다. 이는 시뮬레이션과 동일하다고 할 수 있다.- 시뮬레이션과의 비교입력 전압 : 10mV입력 전압 : 20mV입력 전압 : 50mV입력 전압 : 100mV입력 전압 : 200mV입력 전압 : 500mV입력전압(mVpp)102050100200500출력 왜곡 여부XXXXXO출력전압(Vpp)0.2060.4121.0322.0644.0767.703시뮬레이션에서의 최대 출력 전압이 200~500[mV]라는 것을 확인할 수 있고, 실험에서도 시뮬레이션과 같은 값을 나타내었다. 출력 전압에 있어, 시뮬레이션 보다 실험에서 좀 더 많은 증폭이 일어났다는 것을 확인할 수 있다.2. 비고 및 고찰설계조건을 만족하는지 살펴보면 첫째로 무왜곡 최대 출력 전압이 8Vpp 이상이 되어야 하는데 입력전압이 200[mV]일 때 출력전압이 11V이 되는 것으로 보아 입력전압이 200mVpp보다 조금 작은 값의 전압이 가해져도 출력전압이 왜곡되지 않고 8Vpp 이상이 되는 것을 확인할 수 있었다. 저주파 차단주파수의 경우 시뮬레이션에서는 50Hz 이하라는 조건을 만족하였지만, 실제 실험에서는 그러지 못하였다. 고주파 차단주파수의 경우에도 시뮬레이션에서는 조건인 1MHz 이상을 만족하는 값이 나왔지만, 실제 실험에서는 그러지 못했다는 것을 확인할 수 있다.

공학/기술| 2017.04.02| 5페이지| 2,000원| 조회(165)

전자공학, 결과보고서, 전자회로실험, 전기공학, 오디오증폭기, 전자회로실험II

미리보기

닫기
전자회로실험II - 실험 9. DC 모터 속도 제어 및 측정 제 2주 예비보고서

*예비보고서*실험 제목실험 9. DC 모터 속도 제어 및 측정조4조제 2주. 포토 인터럽트를 이용한 DC 모터 속도 측정1. 실험 목적(1) 포토인터럽트를 이용한 광학식 인코더의 동작을 이해한다.(2) Schmitt-Trigger Inverter를 통해 히스테리시스 특성을 이해한다.(3) 비동기식 카운터의 구조와 원리를 이해한다.(4) 7-Segment의 구조와 동작을 이해한다.2. 실험 이론2-1. 포토인터럽트를 이용한 광학식 인코더포토 인터럽트는 발광 소자와 수광 소자를 하나의 케이스 안에 넣어서 만든 광결합 소자로써 구조는 그림 3.2.1과 같다. 포토 인터럽트의 발광부와 수광부 사이에 방해물이 없으면 수광부의 포토트랜지스터가 동작하여 출력이 0V가 되고 방해물이 있어 자외선을 받을 수 없으면 출력이 5V 가 된다. 그림 3.2.2와 같이 포토 인터럽트와 회전 디스크를 이용하여 광학식 인코더를 구성할 수 있다. 회전 디스크의 회전에 따라 슬롯(바늘구멍)을 통하여 빛이 통과하며 그림 3.2.3과 같은 출력 파형을 얻을 수 있다. 이 출력 파형을 일정 시간동안 카운터 하여 축의 회전 속도를 구할 수 있다. 그림에서 슈미트 트리거 회로는 잡음을 제거하기 위하여 사용된다.슬롯의 개수에 따라 측정하는 위치와 속도의 해상도가 결정된다. n개의 슬롯이 있는 경우 위치는 360/n[도]의 해상도로, 속도는 1/n[회전]의 해상도로 구할 수 있다. 예를 들어 n이 2인 경우 0.5[회전] 까지 속도를 측정할 수 있다.2-2. 슈미트 트리거 회로슈미트 트리거는 히스테리시스 특성을 갖는 비교기이며, 비교기의 입력에 포함된 잡음은 출력 오차를 유발하므로 비교기가 잡음에 둔감하게 작용하도록 히스테리시스를 사용한다. 히스테리시스는 입력 전압이 높은 값에서 낮은 값으로 갈 때 보다 낮은 값에서 높은 값으로 갈 때 높은 임계값을 사용하여 입력에 포함된 잡음이 출력에 영향을 미치지 못하도록 한 것이다.그림 3.2.4는 OP-AMP 슈미트 트리거를 나타낸 것으로 전압분배로서 정전압 귀환 같으며 UTP(Upper TP)=+BV _{sat}, LTP(Lower TP)=-BV _{sat}이다. 슈미트 트리거에서 두 트립점 사이의 차이를 히스테리시스라 하고, 정귀환 때문에 전달특성은 그림 3.2.4(b)처럼 히스테리시스를 갖는다. 만일 정귀환이 없으면 트립점이 모두 0이 되어 B는 0이 되고 히스테리시스는 사라진다. 히스테리시스는 오동작을 일으키는 잡음을 막아준다. 예를 들어, UTP가 +1V이고 LTP가 ?1V이면 2V이하의 피크 대 피크 값을 갖는 잡음은 회로를 동작시키지 못하게 한다.정귀환은 출력상태의 스위칭을 가속화 시키는 작용을 한다. 출력전압이 변화하기 시작하면 이 변화가 비반전 입력으로 귀환되고 증폭되어 출력의 변화는 더욱 빨라진다. 때때로 콘덴서 C1이 R1에 그림 3.2.4(c)처럼 병렬로 연결되는데 이것을 가속 콘덴서라 하며, R2 양단에 걸린 분포 콘덴서 C2에 의해 형성된 지연회로를 보상한다. 이 분포 콘덴서는 비반전 입력전압이 변화하기 전에 충전되고, 가속 콘덴서가 이 전하를 공급한다. 분포 콘덴서를 중화하기 위해 C2와 C1에 의해 형성된 용량성 전압 분배기는 저항성 전압분배기와 같은 임피던스를 가져야 한다.{X _{C _{2}}} over {X _{C _{1}}} = {R _{2}} over {R _{1}} ,C _{1} = {R _{2}} over {R _{1}} C _{2} 이 식으로 주어진C _{1}값은 분포 콘덴서C _{2}의 지연효과를 중화시키는 최소치이다.그림 3.2.5에 나타낸 비반전 슈미트 트리거 회로의 동작원리는 다음과 같다. 먼저 출력이 음으로 포화되었다고 가정하면 귀환전압은 음이다. 이 때 귀환전압은 입력전압이 오차전압을 양으로 하기에 충분한 양의 값이 될 때 까지는 음의 포화상태에서 출력을 유지한다. 이 값이 발생할 때 출력은 양의 포화성태가 되며 출력이 양의 포화에 있으면 귀환전압은 양이 된다. 출력상태를 스위칭하기 위해서는 입력전압은 오차전압을 음의 값으로 만들기에 충분한 음의 값이 되어야 한다.chronous) 계수기와 동기식(synchronous) 계수기로 나뉜다.동기식 계수기는 장치를 구성하고 있는 모든 플립플롭이 하나의 공통된 클럭 신호에 의해 구동되는 장치를 의미하며, 모든 플립플롭이 같은 시간에 각자의 입력에 따라 자기 상태를 바꾼다. 이에 반해 비동기식 카운터는 첫 단의 플립플롭에 클럭 신호가 인가되어, 이 첫 단 플립플롭의 출력이 다음 단의 플립플롭을 트리거 시키도록 되어 있는 회로를 말하며, 클럭의 영향이 물결처럼 후단으로 파급된다는 뜻에서 ripple counter라고도 한다. 동기식 계수기에 비해 간단히 만들 수 있는 장점이 있으나, 각 플립플롭의 전파 지연시간은 종속 접속된 플립플롭의 수만큼 누적되어 최종단의 출력에 나타나므로 계수 속도가 느린 단점이 있다. 한편 동기식 카운터에서는 모든 플립플롭에 클럭 신호가 병렬로 동시에 인가되기 때문에 계수 속도가 빠른 장점이 있으나 비동기식 카운터에 비하여 복잡하다는 단점이 있다.카운터에서 한 계수 사이클 동안 계수 입력에 들어온 클럭 펄스의 수를 modulus라 하며, modulus가 n인 계수기를 mod-n 카운터라 한다. 그림 3.2.6은 비동기식 10진 계수기의 예를 보여준다. 4개의 플립플롭을 직렬로 연결하여 모두 16개의 이진수를 나타낼 수 있는데 NAND 게이트를 사용하여 10진 계수기화 한다. 즉 10번째 클럭 펄스가 들어오면 원래 출력이 Q4~Q1=1010 이 되는데, Q2와 Q4의 출력을 NAND 게이트에 입력함으로써 그 순간 NAND 게이트의 출력이 0으로 되면서 clear 신호가 작동되어 모든 플립플롭의 출력이 0이 되고, 따라서 1010이었던 출력이 순간적으로 0000으로 바뀌게 된다. 지연시간을 무시한 출력상태는 표 3.2.1과 같다. 그러나 실제에서는 출력이 1010에서 순간적으로 0000으로 바뀌는 글리치(glitch)가 생길 수 있으므로 주의해서 사용해야 한다.2-4. 7-Segment 구동 회로7 세그먼트는 0에서 9까지의 숫자를 표시하기 위해 만들어진 소자다. 애노드 공통형은 A형, 캐소드 공통형은 K형이라고도 부른다.그림 3.2.8은 A형 7세그먼트를 7447을 이용하는 구동하는 회로를 나타내었다. TTL 7447은 BCD 입력을 7세그먼트 구동 신호로 바꾸어주는 디코더 회로이다.3. 예비 과제 및 설계(1) Maxplus(혹은 PSpice)를 이용하여 그림 3.2.6의 비동기 계수기를 시뮬레이션 하고 글리치를 확인하라. 또 TTL 7490도 시뮬레이션 하고 그 결과를 비교하라.< 비동기 계수기 시뮬레이션 회로 구성 >< 시뮬레이션 결과 >- 비동기 계수기 회로를 구성할 때 CLR 단자에 초기값을 주어져야 하기 때문에 Digclock을 이용하여 초기값을 설정해주었다. 시뮬레이션 결과 CLK_input이 증가할수록 Q4 Q3 Q2 Q1의 출력 값이 0000부터 1씩 증가하여 0001, 0010,CDOTS , 1001 까지 출력되고 그 다음에는 NAND 게이트에서 나온 출력값이 플립플롭을 CLR시켜서 다시 0000으로 초기화 되고 이것이 반복되는 것을 확인할 수 있다.CLKQ4Q3Q2Q110진수*************00*************04CLKQ4Q3Q2Q110진수*************0111*************< TTL 7490 시뮬레이션 회로 구성 >< 시뮬레이션 결과 >- TTL 7490 을 이용하여 시뮬레이션 회로를 구성하고 시뮬레이션 한 결과 비동기 계수기와 마찬가지로 클럭이 입력될 때 마다 0000부터 1씩 증가하여 1001 까지 출력이 되고 그 다음에는 글리치가 발생하여 0000으로 초기화 되는 것을 확인할 수 있다. TTL 7490의 입력 설정은 7490의 진리표를 활용하여 R01, R02, R92 단자에는 처음에 High 신호를 입력하고 R91단자에는 Low 신호를 입력하여 QA, QB,, QC, QD의 출력을 0000으로 초기화 시킨 후 출력을 카운팅하기 위해서는 입력이 R01, R02 중 하나가 Low 신호를 입력받고, R91, R92 중 하나가 Low 신호를 받으면 출력이 카운*************60110X*************100X*************91001111X011101010XXXXXXX111011XXXXXXX121100XXXXXXX131101XXXXXXX141110XXXXXXX151111XXXXXXX- BCD to 7세그먼트 디코더인 TTL 7447을 구성하고 시뮬레이션 하였더니 다음과 같은 결과들을 얻을 수 있었다. A, B, C, D의 입력으로는 0000부터 1111의 2진수를 입력할 수 있었지만 출력은 0~9의 십진수를 출력하는 것을 알 수 있었다. 따라서 7세그먼트에 표시될 수 있는 모든 값은 10진수 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9이다.(3) PSpice를 이용하여 10Hz, 5V _{pp}의 정현파 입력을 TTL 7404와 7414에 인가한 경우의 출력을 비교하라.회로 구성< 시뮬레이션 결과 >- 7404와 7414의 가장 큰 차이는 7404는 Low에서 High로, High에서 Low로 변함에 따라 중간에 펄스신호의 상태가 변하는 것을 확인 할 수 있었고, 7414는 상태가 변하여도 출력 펄스가 깔끔하게 나오는 것을 확인할 수 있었다. 디지털 신호를 처리할 때 펄스신호의 상태가 굴곡이 지면 회로의 오작동을 초래할 수 있기 때문에 7404 보다는 7414 소자가 디지털 회로 구성에 훨씬 적합하다고 할 수 있다.(4) Maxplus(혹은 PSpice)를 이용하여 다음 그림 3.2.10의 회로를 시뮬레이션 하라.< 펄스 수 측정 및 표시 회로 시뮬레이션 회로도 >< Maxplus 시뮬레이션 결과 >- Maxplus를 이용하여 시뮬레이션 해 본 결과 우선 signal 신호는 7490의 CLKA 입력으로 들어가므로 signal 신호에 의해서 카운터가 될 것이라는 것을 알 수 있다. 그리고 clk 입력은 CLRA와 CLRB에 들어가므로 clk 입력이 1일 때 QA~QD의 출력이 0000으로 바뀔 것이다. oen 입력은 74374의 출력Q5~Q8을 0000으로 초기화 하는 역할을 하기 때문에다.

공학/기술| 2017.04.02| 11페이지| 2,000원| 조회(177)

전자공학, 전자회로실험, 예비보고서, 전기공학, 전자회로실험II, DC 모터 속도..

미리보기

닫기
전자회로실험II - 실험 6. AM 송신기 예비보고서 평가A좋아요

*예비보고서*실험 제목실험 6. AM 송신기조4조1. 실험 목적(1) CE증폭기의 원리를 이해한다.(2) 콜피츠 발진기의 동작원리를 이해한다.(3) 주어진 규격 및 제한사항을 만족하는 AM 송신기를 설계한다.2. 기초 이론2.1 CE증폭기공통 이미터(CE) 구성은 모든 BJT 증폭기 회로들 중에서 가장 널리 사용되는 것이다. 은 CE 증폭기를 나타낸 그림이다. 에서C _{E}는 관심 있는 모든 신호 주파수들에서 매우 작은 임피던스를 접지로 제공하는 우회 커패시터(Bypass Capacitor)이다. 결합 커패시터(Coupling Capacitor)로 알려진 캐패시터C _{C1}은 직류를 차단하면서 관심 있는 모든 신호 주파수들에서 완전한 단락회로로 동작하는 역할을 한다. 는 공통 이미터를 하이브리드pi 소신호 모델화 한 그림이다.이미터 증폭기의 특성① 입력저항R _{i} = {v _{i}} over {i _{i}} =R _{B} ||R _{ib}② 출력저항R _{out} =r _{o} ||R _{C}③ 전압이득(베이스에서 컬렉터로의 이득)A _{v} =-g _{m} (r _{o} ||R _{C} ||R _{L} )④ 전체 전압이득G _{v} =- {(R _{B} ||r _{pi } )} over {(R _{B} ||R _{pi } )+R _{sig}} g _{m} (r _{o} ||R _{C} ||R _{L} ) SIMEQ - {beta (r _{o} ||R _{C} ||R _{L} )} over {r _{pi } +R _{sig}}⑤ 전류이득A _{is} =-g _{m} R _{i} SIMEQ -beta2.2 콜피츠 발진기LC발진기 중 가장 널리 사용되는 발진기가 콜피츠 발진기이다. 이 발전기를 에 나타내었다. 는 간략화된 교류등가회로로 탱크회로에서 루프 전류는 C1의 직렬상태인 C2를 통해 흐른다. 이때 주의할 것은 출력전압 Vout가 C2양단의 교류전압과 같으며, 귀환전압 Vf는 C1을 통해 나타난다는 것이다. 이 귀환전압은 베이스를 구동시키고 탱크회로를 통해 나타나는 발진을 유지시켜주며, 발진주파수에서 충분한 전압이득을 제공해준다. 발진주파수 f는 아래조건에서 구할 수 있다.Z _{1} +Z _{2} +Z _{3} =0 (주파수조건) 여기서Z _{1} = {1} over {jwC _{1}},Z _{2} = {1} over {jwC _{2}},Z _{3} =jwL _{3}이므로f= {1} over {2 pi } sqrt {{C _{1} +C _{2}} over {L _{3} C _{1} C _{2}}}또, 이득에 대한 발진조건, 즉 소요의 전류 증폭률 hfe는 다음과 같다.h _{fe} = {Z _{1}} over {Z _{2}} = {C _{2}} over {C _{1}}C2/C1의 비는 C2:C1=(10~50):1의 정도로 결정하는 것이 좋다. 따라서 발진주파수에 대해서는 C1이 거의 지배항이 된다. 에서의 CH는 트랜지스터의 에미터 전류의 직류통로를 주기 위한 목적으로 사용되며 리액턴스의 절대값이 C2에 비해서 크지 않으면 안 된다. 일반적으로 주파수 가변의 발진기로서 콜피츠 발진기는 사용하기 불편하다. 그것은 C1과 C2를 같은 비율로 가변하기가 어렵기 때문이다. 이와 반대로 고정 발진주파수를 갖는 발진기에는 수정발진기를 응용하는 경우가 많다.3. 예비 과제(1) 에서V _{CC} =+5V,R _{B1} =49k`OMEGA,R _{B2} =27k`OMEGA,R _{C} =5k`OMEGA,R _{E} =1.8k`OMEGA,beta=140일 때, 이 회로의 dc 바이어스 전류 및 각 부분의 전압을 구하여라.(a)V _{BB} = {R _{B2}} over {R _{B1} +R _{B2}} TIMESV _{CC} = {27k`OMEGA} over {49k`OMEGA+27k`OMEGA} TIMES5V=1.776V(b)R _{BB} =R _{B1} ||R _{B2} = {49k`OMEGATIMES27k`OMEGA} over {49k`OMEGA+27k`OMEGA} =17.408`k`OMEGA(c)I _{B} = {V _{BB} -V _{EE}} over {R _{BB} +R _{E} (beta+1)} = {1.776-0.7} over {{17.408+1.8(140+1)}TIMES10 ^{3}} =3.967muA(d)I _{C} =betaI _{B} =140TIMES3.967TIMES10 ^{-6} =0.555mA(e)V _{CE} =V _{CC} -I _{C} (R _{C} + {R _{E}} over {{beta } over {1+ beta }} )=5-0.555 TIMES 10 ^{-3} (5 TIMES 10 ^{3} + {1.8 TIMES 10 ^{3}} over {0.9929} )=1.2188V(2) 에서 발진주파수, 트랜지스터의 bias 전압과 전류를 계산하라.발진주파수 :f= {1} over {2 pi } sqrt {{0.001 mu F+0.001 mu F} over {1mH` TIMES (0.001 mu F) ^{2}}} =225.079``kHzbias 전압 :{R _{B2}} over {R _{B1} +R _{B2}} ` TIMES `V _{i`n} = {4.7k`OMEGA} over {22k`OMEGA+4.7k`OMEGA} TIMES6V=1.056`Vbias 전류 :R _{B} = {R _{B1} ` TIMES ``R _{B2}} over {R _{B1} `+`R _{B2}} = {22k`OMEGA` TIMES `4.7`k`OMEGA} over {22k`OMEGA`+`4.7k`OMEGA} =3.8726`k` OMEGAI _{E} = {1.056V-0.7V} over {R _{E} + {R _{B}} over {beta +1}} = {1.056V-0.7V} over {470 OMEGA + {3.8726k` OMEGA } over {212.5+1}} =0.729`mA(3) AM변조의 원리를 설명하여라.⇒ 무선 통신에서 고주파 신호 (캐리어)에 원하는 신호를 포함시켜서 전송하는데 이와 같은 과정을 변조라고 한다. AM변조(Amplitude Modulation)는 가장 간단한 변조방식으로 신호파형과 반송파 파형으로 구분된다. 전송하고자 하는 신호 파형과 고주파의 반송파 신호를 합성시키면 (c)에 나온 변조된 파형이 출력된다.4. 실험 절차 - PSpice 시뮬레이션(1) PSpice를 이용하여 의 CE증폭기 회로를 구성한다.(a) 입력에 1kHz의 정현파를 인가하고 출력을 측정한다.회로 구성< 입력전압(초록색)과 출력전압(빨간색)의 출력파형 >입력전압 (Vpp)1 Vpp출력전압 (Vpp)4.1552 Vpp이득 (dB)-20log(4.1552) = -12.3728 dB- 시뮬레이션 결과 첨두치 1V의 전압을 입력하였을 때 출력되는 전압의 첨두치는 4.1552V가 되는 것을 볼 수 있다. 따라서 전압이득의 크기는 4.1552 이고, 전압이득의 부호는 입력전압과 출력전압의 위상이 180도 차이가 나기 때문에 (-)의 부호를 갖는다. 따라서 전압이득은 ?4.1552(V/V)이고, 이를 dB단위로 환산하면 ?12.3728 dB이다. 출력되는 전압의 파형이 정현파가 아닌 구형파가 나온 이유는 실제 실험에서 사용될 DCT143Z 소자가 시뮬레이션 프로그램 상에 존재하지 않아서 Q2N2222를 대신 사용하였기 때문으로 생각된다.(2) PSpice를 이용하여 의 콜피츠 발진기 회로를 구성한다.(a) 출력의 발진주파수를 측정한다.회로 구성< 시간에 따른 출력전압 >< 주파수에 따른 출력전압 >발진주파수 (Hz)239.983 kHz출력전압 (Vpp)11.8607 V- 시뮬레이션 결과 예비실험에서 계산된 발진주파수 225.079kHz와 시뮬레이션 상의 발진주파수 239.983kHz는 약간의 오차를 제외하면 거의 같은 발진주파수를 갖는다고 할 수 있으므로 이론상의 발진주파수가 맞게 계산되었다고 할 수 있다.(3) PSpice를 이용하여 의 AM송신기 회로를 구성한다.(a) 트랜지스터 Q2의 입력, Q2의 콜렉터 출력, Q1의 입력 파형을 측정한다.회로 구성< Q2의 입력 전압 >< Q2의 출력 전압 >< Q1의 출력 전압 >- 시뮬레이션을 진행할 때 가변 커패시터의 값이 500pF이 최대치였는데 이 값으로는 변조 파형이 나오지 않아서 가변 커패시터의 값을 100uF으로 주고 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션 결과 Q2의 입력에는 Input(mic)에서 인가된 (시뮬레이션에서는 1Vpp, 1kHz의 정현파) 전압이 출력되었고 Q2의 출력에는 2V로 클리핑 되고 약 0~4V의 출력전압을 갖는 구형파가 출력되었으며, Q1의 출력에서는 AM변조된 파형이 출력 되는 것을 알 수 있었다. 시뮬레이션 결과로 봤을 때, 가변 커패시터의 값이 실험 조건에서 주어진 500pF보다는 많이 큰 값인 100uF정도로 설정해 주어야만 출력단(안테나)에서 변조된 파형이 출력될 것으로 생각된다.5. 설계(1) 규격 (제한조건)입력주파수 : 1kHz~2kHz입력 진폭 : 5V 이내

공학/기술| 2017.04.02| 8페이지| 2,000원| 조회(156)

전자공학, 전자회로실험, 예비보고서, 전기공학, AM 송신기, 전자회로실험II

미리보기

닫기
전자회로실험II - 실험 9. DC 모터 속도 제어 및 측정 제 1주 결과보고서

구 분주 제주 차결 과9. DC 모터 속도 제어 및 측정제 1주. PWM을 이용한 DC 모터 속도 제어① 실험 결과(1) 그림 3.1.14의 PWM 회로를 구성하고 정현파 modulation input 입력에 따른 PWM 출력을 확인하라. 단 정현파는 주파수 370Hz, 크기 2.5V±2V 로 두고 실험하라. ⇒ 실험에서 함수발생기 2개를 사용하여 하나는 Modulation input을 입력하고, 다른 하나는 Clock input을 입력하였습니다. 회로를 구성하고 출력단자를 오실로스코프로 측정한 결과 구형파의 전압 파형이 출력되는 것을 알 수 있었습니다. 출력전압의 듀티 비는D= {501.9mus} over {998.0mus} =0.5029=50.29(%) 임을 알 수 있었고, 출력전압의 첨두치는 5.20V 로 시뮬레이션 결과와 거의 일치하는 것을 확인할 수 있었습니다. (2) 그림 3.1.19의 회로를 구성하고 DC 모터의 회전속토를 제어해 보아라. 단 unit step 입력에 대하여 모터의 속도는 다음 규격을 만족하여야 한다. Settling time : 2초 이내, Overshoot : 5% 이내, 정상상태 오차 : 1% 이내위의 실험 결과를 표로 정리해보면 다음과 같습니다.Modulation Input[V](555 pin 5)PWM 듀티모터 속도[RPS]2.5{499.4mus} over {1.000ms} TIMES100=49.94(%)측정 불가3.0{508.3mus} over {1.000ms} TIMES100=50.83(%)3.5{509.4mus} over {999.9mus} TIMES100=50.94(%)4.0{528.4mus} over {1.000ms} TIMES100=52.84(%)4.5{599.4 mu s} over {1.000ms} TIMES100=59.94(%)5.22{4.760ms} over {4.900ms} TIMES100=97.14(%)⇒ Modulation input을 2.5~4.5V의 DC 전압을 인가하였을 때 Modulation input 전압이 증가할수록 PWM 듀티는 49.94(%)에서 59.94(%)로 증가하는 것을 확인할 수 있었습니다. 하지만 예비보고서의 시뮬레이션 결과와 같이 Modulation input 전압 증가에 따른 PWM 듀티의 증가 폭이 매우 작아서, 어느 정도 오차가 있다고 가정했을 때 PWM 듀티와 Modulation input의 관계가 완전히 비례한다고는 할 수 없기 때문에 PWM 듀티가 눈에 띄게 변하는 Modulation input 전압을 찾아보기로 하고 Modulation input을 서서히 증가시켜보았더니 Modulation input 전압이 약 5.22V 일 때 전압이 증가할수록 PWM 듀티가 급격히 증가하여 97.14(%) 가 됨을 알 수 있었습니다. 따라서 모든 결과를 종합하여 볼 때 Modulation input과 PWM 듀티는 서로 비례하는 관계라는 것을 알 수 있었습니다.< 주기측정>< 주기측정>< 주기측정> (3) 그림 3.1.20의 회로를 구성하고 저항 RB의 변화에 따른 출력을 확인하라.< 상승펄스측정>< 상승펄스측정>< 상승펄스측정>위의 실험 결과를 정리하면 아래의 표와 같습니다.RB펄스 주기듀티 비180K1.110s{20.00ms} over {1.110s} TIMES100=1.8018(%)50K1.090s{10.00ms} over {1.090s} TIMES100=0.9174(%)22K1.080s{30.00ms} over {1.080s} TIMES100=2.7778(%)1.4KLow state 유지01KLow state 유지0⇒ 실험 결과R _{B}저항을 줄였을 때 펄스 주기는 짧아지는 것을 확인할 수 있었습니다. 시뮬레이션 상에서는 180K 일 때 0.96035s, 50K 일 때 0.9424s, 22K 일 때 0.93846s 으로 1초 보다 약간 작은 펄스주기를 가지는 것을 확인 할 수 있었는데, 실제 실험상에서는 약간의 지연오차(Delay)가 생겨서 1초 보다 조금 큰 펄스 주기가 측정되었습니다. 듀티 비의 경우 상승펄스가 펄스주기에 비해 매우 작아서 측정이 용이하지 않았지만 측정결과 저항R _{B}와 듀티 비 사이에는 별다른 관계가 없는 것으로 나타났습니다. 이론적으로 살펴보면 듀티 비는D= {R _{A} +R _{B}} over {R _{A} +2R _{B}}으로 표현 할 수 있는데 여기서R _{A}가 13.5M`OMEGA으로 매우 큰 값이기 때문에R _{B}가 증가하여도 듀티 비에는 별다른 영향이 없을 것이라는 것을 확인할 수 있습니다.② 고 찰⇒ 이번 실험의 목적은 DC 모터의 특성을 이해하고, 저번 실험에서 공부하였던 555 timer 소자를 이용하여 PWM 변조 방식을 이해하고, PWM 변조를 이용한 DC 모터 속도 제어 기법에 대하여 알아보는 실험이었습니다.555 timer 소자를 이용하여 DC모터 속도 제어 회로를 구성하고 DC 모터를 연결하였더니 모터가 회전하는 것을 알 수 있었습니다. 정확하게 회로를 구성한다면 가변저항을 조절하여 Modulation input의 전압 값을 조절하는 방법으로 출력을 측정해야 하지만 이렇게 되면 Modulation input의 크기가 몇 V인지 측정하기 어려워지기 때문에, pin 5에 직접 DC 전압을 인가하여서 각각의 Modulation input 값에 따른 출력을 측정해 보았습니다. 실험 결과 Modulation input이 증가할수록 PWM 듀티는 증가하는 것을 확인 할 수 있었고, PWM 듀티가 증가하면 출력이 High state의 비율이 증가하는 것이기 때문에 DC 모터의 속도가 증가한다고 할 수 있습니다.

공학/기술| 2017.04.02| 3페이지| 2,000원| 조회(319)

전자공학, 전자회로실험, 전기공학, 전자회로실험II, DC 모터 속도 제어

미리보기

닫기
전자회로실험II - 실험 4. 전자 오르간 결과보고서

*결과보고서*실험 제목실험 4. 전자 오르간조4조1. 실험 결과아래 회로를 참고하여 다음 규격을 만족하는 전자오르간을 설계한다.주파수 : 440 Hz(기준 주파수:라), 시, 도, 레, 미, 파, 솔, 880 Hz(라)출력 신호 : 1Vpp이상의 근사 정현파출력 부하 : 8OMEGA 스피커주파수 정확도 : 오차 5%이내제한사항 : 15V 단일 전원 사용(1) 스위치(흰 건반)에 따라서 높이가 다른 음을 발생시키기 위하여 저항 R을 변화시킨다. 440~880Hz의 서로 다른 주파수 출력을 얻기 위하여 필요한 저항 값을 계산한다. 건반 음계의 주파수는 다음과 같다.건반이론 주파수(Hz)A4(라)440B4(시)493.9C5(도)523.3D5(레)587.3E5(미)659.3F5(파)698.5G5(솔)784A5(라)880예비보고서에서의 이론값은 다음과 같다.건반이론 주파수(Hz)저항 R값 설계A4(라)440R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {440} =12.089`k`OMEGAB4(시)493.9R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {493.9} =10.769`k` OMEGAC5(도)523.3R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {523.3} =10.165`k` OMEGAD5(레)587.3R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {587.3} =`9.057k` OMEGAE5(미)659.3R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {659.3} =8.068`k` OMEGAF5(파)698.5R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {698.5} =7.615`k` OMEGAG5(솔)784R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {784} =6.785`k` OMEGAA5(라)880R= {1} over {4 TIMES (47k` OMEGA ) TIMES (0.1 mu F)} {100k` OMEGA } over {880} =6.044`k` OMEGA회로 구성A4(라) 440[Hz]저항 값B4(시) 493.9[Hz]저항 값C5(도) 523.3[Hz]저항 값D5(레) 587.3[Hz]저항 값E5(미) 659.3[Hz]저항 값F5(파) 698.5[Hz]저항 값G5(솔) 784[Hz]저항 값A5(라) 880[Hz]저항 값건반이론 주파수 (Hz)출력전압 (Vpp)측정 주파수 (Hz)오차 (%)A4(라)4407.32443.70.84B4(시)493.97.68494.40.10C5(도)523.37.68523.40.02D5(레)587.37.60587.50.03E5(미)659.37.44660.50.18F5(파)698.57.36698.80.04G5(솔)7847.20783.70.04A5(라)8807.12878.50.17건반이론 저항값 (kΩ)측정 저항값 (kΩ)오차 (%)A4(라)12.08911.54.87B4(시)10.76910.16.21C5(도)10.1659.56.54D5(레)9.0578.47.25E5(미)8.0687.48.28F5(파)7.61578.08G5(솔)6.7856.28.62A5(라)6.0445.59.002. 비고 및 고찰(1) Op amp회로에 단일 전원을 사용하는 방법의 장점 및 단점을 생각해보자.- OP-AMP의 경우 전원은 (+)값을 입력해야하는V _{CC}전원과 (-)값을 입력해야하는V _{EE}전원 2개로 이루어진다. 이러한 방식으로 전원을 OP-AMP에 인가하려면 (+) 전원 하나와 (-) 전원 하나가 각각 필요하기 때문에 (+) 전원 하나와 Ground로 이루어진 단일전원에 비해 회로 구성을 하기에 번거롭다고 할 수 있지만 대부분의 OP-AMP는 (+) 전원과 (-)전원을 동시에 사용하고, 파워서플라이는 이에 대응하도록 2개의 전원이 각각 공급하도록 되어있다.단일 전원의 장점은 전원 구성을 하나만 하면 되기 때문에 (-) 전원을 인가해야 하는 만큼의 회로 구성이 줄어들어 값이 저렴해지고 한 단자의 파워서플라이만 사용해도 회로를 동작시킬 수 있기 때문에 구동시키기 간단하다고 할 수 있다. 단점으로는 두 개의 전원을 사용하는 것 보다 출력 신호의 정확도가 떨어 질 수 있다. 그리고 단일 전원은 0의 입력 부근에 서는 동작을 잘 못하기 때문에 직류 바이어스 전압을 전원전압의 1/2이 되도록 회로구성을 해주어야한다.(2) 출력 파형을 정현파에 가깝게 하기 위한 다른 회로를 고려해보시오.- 출력 파형이 완벽한 정현파가 아닌 이유는 출력전압 파형에 고조파 성분이 합성되어있기 때문이므로 고조파 성분을 줄이면 출력 파형이 정현파에 가까워진다고 할 수 있다. 고조파 성분을 줄이는 방법 중 가장 간단한 것은 저역통과필터(Low Pass Filter)를 만들어서 고조파 성분을 차단할 수 있다. 실험에서는 2차 저역통과 필터를 사용하고 있는데, 저항 2개와 커패시터 2개를 사용하고 있는데 회로구성 비용을 줄이기 위해서는 1차 저역통과 필터를 사용하여 저항 하나와 커패시터 하나를 사용하여도 차단주파수만 적절히 조절하면 같은 결과를 얻을 수 있을 것으로 생각된다.(3) 건반에 따라서 출력전압이 변화하는 이유를 설명하고, 이에 대한 방지 대책을 생각해보시오.- 건반에 연결되어있는 저항의 값에 따라서 슈미트 비교기와 적분기를 통하여 삼각파가 발생하게 된다. 우리가 스위치를 눌렀을 때 바뀌는 주파수는 출력전압의 정현파의 주파수가 아닌 삼각파의 주파수가 변하게 되는데, 이 때는 삼각파의 출력전압은 변하지 않다가 삼각파가 2차 저역통과필터 부분을 통과하면서 고조파 성분이 줄어들게 된다. 따라서 주파수가 점점 높아질수록 삼각파에는 고조파 성분이 더 많이 포함되고, 필터부분을 통과하면서 고조파 성분은 제거되어 출력되는 정현파의 주파수가 높을수록 출력전압이 점점 감소하는 것이다.이에 대한 방지대책은 발생한 삼각파를 저역통과필터를 통과시키는 방법 대신에 정현파를 발진하는 회로를 사용하면 가능할 것으로 생각된다. 주제 2에서 배운 윈 브리지 정현파 발진기(Wien Bridge Oscillator)를 사용할 수가 있는데 우리가 발생시키고자 하는 주파수는 440~880Hz 대역이기 때문에 5Hz~1MHz의 주파수를 발진시킬 수 있는 윈 브리지 정현파 발진기는 적절한 선택이 될 수 있을 것이다.

공학/기술| 2017.04.02| 5페이지| 2,000원| 조회(198)

전자공학, 결과보고서, 전자회로실험, 전기공학, 전자 오르간, 전자회로실험II

미리보기

닫기
전자회로실험II - 실험 5. 발진기 예비보고서 평가A+최고예요

*예비보고서*실험 제목실험 5. 발진기조4조1. 콜피츠 발진회로1. 실험 목적(1) 트랜지스터의 각 단자간의 파형을 측정한다.(2) 콜피츠 발진기의 동작원리를 습득한다.2. 기초 이론LC 발진기 중 가장 널리 사용되는 발진기가 콜피츠 발진기이다. 이 발진기를 그림 22-1에 나타내었다. 그림 22-2는 간략화된 교류등가회로로 탱그회로에서 루프 전류는C _{1}의 직렬 상태인C _{2}를 통해 흐른다. 이 때 주의할 것은 출력전압V _{out}가C _{2}양단의 교류전압과 같으며, 귀환전압V _{f}는C _{1}을 통해 나타나는 것이다. 이 귀환전압은 베이스를 구동시키고 탱크회로를 통해 나타나는 발진을 유지시켜 주며, 발진주파수에서 충분한 전압이득을 제공해준다. 발진주파수 f는 아래 조건에서 구할 수 있다.Z _{1} `+`Z _{2} `+`Z _{3} `=`0,``````````````````````````````Z _{1`} `=` {1} over {jwC1} ,`Z _{2} `=` {1} over {jwC _{2}} ,`Z _{3} `=`jwL _{3}#THEREFORE f`=` {1} over {2 pi } sqrt {{C _{1} +C _{2}} over {L _{3} C _{1} C _{2}}} ``````````````````` 또, 이득에 대한 발진조건, 즉 소요의 전류 증폭률h _{fe}는 다음과 같다.h _{fe} `=` {Z _{1}} over {Z _{2}} `=` {C _{2}} over {C _{1}}C _{2} /C _{1}의 비는C _{2} :C _{1}=(10~50) : 1 의 정도로 결정하는 것이 좋다. 따라서 발진 주파수에 대해서는C _{1}이 거의 지배항이 된다. 그림 22-1에서의 CH는 트랜지스터의 에미터 전류의 직류통로를 주기 위한 목적으로 사용되며 리액턴스의 절대값이C _{2}에 비해서 크지 않으면 안 된다. 일반적으로 주파수 가변의 발진기로서 콜피츠 발진기는 사용하기 불편하다. 그것은C _{1}과C _{2}를 같은 비율로 가변하기가 어렵기 때문이다. 이와 반대로 고정 발진주파수를 갖는 발진기에는 수정발진기를 응용하는 경우가 많다.3. 예비 과제(1) 그림 22-2에서C _{1}=200[pF],C _{2}=0.004[muF],L _{3}=400[muH] 일 때 발진주파수를 구하라.⇒ 발진주파수f= {1} over {2 pi } sqrt {{C _{1} +C _{2}} over {L _{3} C _{1} C _{2}}} = {1} over {2 pi } sqrt {{200TIMES10 ^{-12} +0.004TIMES10 ^{-6}} over {(400TIMES10 ^{-6} )(200TIMES10 ^{-12} )(0.004TIMES10 ^{-6} )}} APPROX 576.593`[kHz](2) 그림 22-3에서 발진주파수를 계산하라.⇒C _{1} =C _{2} =0.001[muF]이고,L _{3} =1[mH]이므로발진주파수f= {1} over {2 pi } sqrt {{C _{1} +C _{2}} over {L _{3} C _{1} C _{2}}} = {1} over {2 pi } sqrt {{2TIMES0.001 TIMES 10 ^{-6}} over {(1 TIMES 10 ^{-3} )(0.001 TIMES 10 ^{-6} ) ^{2}}} APPROX 225.079`[kHz](3) 그림 22-3에서 트랜지스터의 bias 전압과 전류를 계산하라.4. 실험 절차 - PSpice 시뮬레이션(1) 그림 22-3의 회로를 결선하고 전원을 공급하라.(2) 콜렉터 전압을 측정하여 그림 22-4에 그려라. (2주기 동안의 파형)(3) 에미터의 파형을 측정하여 그림 22-5에 그려라.(4) 베이스 파형을 측정하여 그림 22-6에 그려라.(5) 콜렉터 파형을 다시 관측하여 가능하다면 정확히 완전한 10주기 동안의 파형을 그림 22-7에 그려라.회로 구성< 콜렉터, 에미터, 베이스 파형 측정 >- 시뮬레이션 결과 콜렉터(녹색)과 에미터(파란색)은 발진이 일어나서 정현파의 파형을 출력하였고, 베이스(빨간색)의 경우는 발진이 일어나긴 했지만 파형에 고조파 성분이 많이 포함되어있는 파형이 출력되는 것을 알 수 있다.(6) 에미터와 탱크회로 사이에 10k`OMEGA의 가변저항을 접속하고 최대가 되도록 하라. 가변저항 값을 감소시키면서 콜렉터 파형을 관측하여 보면 처음에 파형이 보이지 않을 것이다. 저항치를 감소시켜 가면서 어느 한 점에서 발진을 시작할 것이며, 이때 조정을 멈추고 저항치를 측정하여 표 22-1에 기록하여라.회로 구성< 10[kΩ], 9[kΩ], 8[kΩ], 7[kΩ]일 때의 콜렉터 전압 >< 6[kΩ], 5[kΩ], 4[kΩ]일 때의 콜렉터 전압 >< 3[kΩ], 2[kΩ], 1[kΩ]일 때의 콜렉터 전압 >- 시뮬레이션 결과 가변저항 값을 10[kΩ]부터 1[kΩ]단위로 줄여가면서 시뮬레이션 해보았더니 10[kΩ] 에서 4[kΩ] 까지는 거의 같은 콜렉터 전압을 출력하다가 약 3[kΩ]부터 조금씩 발진이 되었고 2[kΩ]이하부터는 콜렉터 전압이 발진이 되는 것을 알 수 있었다. 그러므로 약 2[kΩ]부터 발진을 시작한다고 할 수 있다.(7) 베이스와 접지 사이에 0.1muF의 콘덴서를 접속하고 실험순서 (6)을 반복한 후 표 22-1에 기록하라.회로 구성< 10[kΩ], 9[kΩ], 8[kΩ], 7[kΩ]일 때의 콜렉터 전압 >< 6[kΩ], 5[kΩ], 4[kΩ]일 때의 콜렉터 전압 >< 3[kΩ], 2[kΩ], 1[kΩ]일 때의 콜렉터 전압 >- 베이스와 접지 사이에 커패시터 하나를 추가하고 시뮬레이션 한 결과 가변저항의 값에 관계없이 전체적으로 발진을 하지 못하였다. 다만 가변저항 값이 클 때는 발진이 느리게 감소하였고, 가변저항 값이 작을 때는 발진이 빠르게 감소하는 것을 알 수 있다.2. 콜피츠 발진회로1. 실험 목적(1) 정귀환의 개념에 의한 발진기의 동작원리를 이해한다.(2) 위상편이 발진기의 발진주파수와 귀환률을 알아본다.(3) 가변저항을 사용한 진폭 안정화 회로를 알아본다.(4) 출력전압과 귀환전압의 위상을 비교한다.2. 기초 이론위상편이 발진기에는 그림 24-1의 미분형과 그림 24-2의 적분형의 두 종류가 있다. 역상 증폭기란 입출력의 위상이 역으로 되어있는 증폭기를 말한다.이상형 발진기에서는 역상증폭기가 위상을 180° 바꾸므로 귀환회로에서 180°위상이 바뀌면 정귀환이 되어 발진한다. RC회로 1단의 위상추이는 90°이하이므로 RC회로를 3단 사용한다. 역상증폭기의 입력임피던스가 충분히 크고 출력 임피던스가 충분히 작을 때 발진조건은 다음과 같이 된다.[미분형] [적분형]발진주파수``````f``=` {1} over {2 pi sqrt {6} RC} `[Hz]#이득조건```````````A```=`-29발진주파수````f`=` {sqrt {2}} over {2 pi RC} `[Hz]#이득조건``````````A`=`-293. 예비 과제(1) 그림 24-3에서 발진주파수는 얼마인가?⇒ 24-3은 미분형 발진기 이므로 발진 주파수 f는rm f``=`` {1} over {2` pi ` sqrt {6} `RC} ``=`` {1} over {2` pi ` sqrt {6} `(2.2 TIMES 10 ^{3} )(0.1 TIMES 10 ^{-6} )} `` APPROX ``295.339[kHz](2) 귀환이득(Vi/Vo) 은 얼마인가?⇒ 귀환이득{V _{i}} over {V _{o}} = {-sR _{L} (wRC) ^{3} /w ^{2}} over {1-6(wRC) ^{2} +sRC(5-(wRC) ^{2} )} 에서 발진하기 위해서는wRC=sqrt6을 대입하면(3) 발진을 하기 위한 이득 조건은 얼마인가?

공학/기술| 2017.04.02| 8페이지| 2,000원| 조회(225)

발진기, 전자공학, 전자회로실험, 예비보고서, 전기공학, 전자회로실험II

미리보기

닫기

이전10개12 3 4 5 6 7 8 9 다음10개

문서 초안을 생성해주는 EasyAI

안녕하세요 해피캠퍼스의 20년의 운영 노하우를 이용하여 당신만의 초안을 만들어주는 EasyAI 입니다.

저는 아래와 같이 작업을 도와드립니다.

- 주제만 입력하면 AI가 방대한 정보를 재가공하여, 최적의 목차와 내용을 자동으로 만들어 드립니다.

- 장문의 콘텐츠를 쉽고 빠르게 작성해 드립니다.

- 스토어에서 무료 이용권를 계정별로 1회 발급 받을 수 있습니다. 지금 바로 체험해 보세요!

이런 주제들을 입력해 보세요.

- 유아에게 적합한 문학작품의 기준과 특성

- 한국인의 가치관 중에서 정신적 가치관을 이루는 것들을 문화적 문법으로 정리하고, 현대한국사회에서 일어나는 사건과 사고를 비교하여 자신의 의견으로 기술하세요

- 작별인사 독후감