예 비 보 고 서학 과학 년학 번조성 명전자공학과23실험 제목능동필터회로21. 실험 일자 : 2011년 11월 28일 (월) 15:00 - 16:502. 실험 이론(1) 무한 이득 다중 궤환형op-amp 1개를 증폭기로 사용한 능동 필터의 일반적인 구성의 하나이다.정수의 선택에 따라 LPF, HPF, BPF를 쉽게 만들 수 있다.무한 이득 다중 궤환형 능동 필터의 기본형① 저역 통과 필터무한 이득 다중 궤환형 LPF전달함수 H(s) =만약, R1=R2=R3=R 일 때② 고역 통과 필터무한 이득 다중 궤환형 HPF전달함수 H(s) =K=C1/C2C1=C2=C3=C 이면③ 대역 통과 필터무한 이득 다중 궤환형 BPFC1=C2=C로 놓으면(2) 상태 변수형 필터무한 이득 다단 증폭기 필터의 일종으로 OP-AMP를 이용하여 개별적으로 적분기, 미분기를 만들고 그것을 가산기로 합성하여 필요한 필터의 특성을 만드는 방식이다.특징으로는-높은 Q를 실현할 수 있다.-소자의 확장성이 적다.-동일 회로에서 LPF, HPF, BPF의 출력을 얻을수 있다.-소자 감도가 작고 조정이 용이하다.① 반전형 상태 변수 필터1단계 : 차단주파수() 또는 중심 주파수() 설정2단계 : R1=R2=R3=R을 설정3단계 : C1=C2=C를 설정4단계 :를 구함5단계 :6단계 : 저역 통과 필터 : ALPF = R1/RG고역 통과 필터 : AHPF =R2/RG대역 통과 필터 : ABPF = QGLPF② 비반전형 상태 변수 필터출력단자에 전달함수 특성저역 통과 필터 :대역 통과 필터 :고역 통과 필터 :R1=R2=R, C1=C2=C, R5=R6 이면설계하는 과정1단계 : C1=C2=C값 설정2단계 : R3=R2=R=로 구한다3단계 : R3을 적당한 값으로 설정4단계 : R4 = (2Q-1)R3로 구한다.5단계 : 저역 통과 필터 :대역 통과 필터 :고역 통과 필터 :(3) 노치 필터입력신호 중에서 어떤 단일 주파수 성분만을 제거하는 필터를 노치필터 라고 한다.① Twin T형 노치 필터Q 가변의 twin T형 필터노치 필터의 주파수 특성노치주파수노치주파수를 간단하게 얻을 수있는 조건으로는② 상태 변수형 노치 필터R=, R3=R4=R5=R7=R9=RC1=C2=C설계절차1단계 :2단계 :3단계 :3. 참고문헌1) 정준철;이상호;최영선 공저, OP-AMP.실습 : 기초와 응용, 청문각, 20082) 최동선 외 저, 전자실험, 광명, 1999
결 과 보 고 서학 과학 년학 번조성 명전자공학과23실험 제목능동필터회로21. 실험 날짜 : 2011년 11월 28일 월요일 15:00 - 16:502. 실험 결과 :회로도회로 구성입력전압(1kHz)출력전압이론치(Vp-p)측정치(Vp-p)1(Vp-p)2(Vp-p)2.10(Vp-p)2(Vp-p)4(Vp-p)4.21(Vp-p)3(Vp-p)6(Vp-p)6.22(Vp-p)4(Vp-p)8(Vp-p)8.31(Vp-p)5(Vp-p)10(Vp-p)10.26(Vp-p)6(Vp-p)12(Vp-p)12.24(Vp-p)7(Vp-p)14(Vp-p)14.30(Vp-p)8(Vp-p)16(Vp-p)14.60(Vp-p)9(Vp-p)18(Vp-p)14.60(Vp-p)10(Vp-p)20(Vp-p)14.60(Vp-p)오실로스 코프에 나타난 파형3. 고찰- 이번 실험은 첫 주차에 실험했으나 우리반 모두가 성공하지 못했던 선형증폭기 실험이었다. 하지만 그때 왜 실험을 하지못하였을지 궁금할정도로 20분도 안걸리게 실험이 끝나 버렸다. 첫 주차 실험이라 그런지 회로도 매우 간단하였고, 실험식 역시 간단하여 금방 구할수 있었다. 이번 실험은 증폭기 중에서도 반전 증폭기 인데 출력은 입력과의 위상이 반전되어 나타났다. 전압이득인데 여기서는 입력저항이고,는 피드백 저항이다. 이번실험의 회로에서는 10k, 20k이기 때문에 위상은 반전되고 크기는 두배가 증폭된다. 실험결과 역시 거의 두배가 나왔기 때문에 실험은 잘되었으나 장비의 한계로 인하여 일정 입력전압 이상으로는 같은값이 나왔다.
예 비 보 고 서학 과학 년학 번조성 명전자공학과23실험 제목능동필터회로1. 실험 일자 : 2011년 11월 21일 (월) 15:00 - 16:502. 실험 이론(1) 필터특정 대역 내의 신호(주파수)만 통과시키고 그 외의 모든 주파수는 감쇠시킴으로써 원하는 전달 특성을 얻어낼 수 있는 회로이다.(2) 필터의 종류① 저역 통과 필터(LPF : Low Pass Filter)- 차단 주파수보다 낮은 주파수는 동작시키고 고역 주파수 성분은 통과시키지 않음② 고역 통과 필터(HDF : High Pass Filter)- 차단 주파수보다 높은 주파수는 동작시키고 저역 주파수 성분은 통과시키지 않음③ 대역 통과 필터(BPF : Band Pass Filter)- 주파수보다 높고보다 낮은의 주파수 성분만을 통과시키고 그 이외의 성분은 통과시키지 않는다.④ 대역 제거 필터(BRF : Band Pass Filter)-의 성분만 통과 시키지 않고 그 이외의 성분만 통과 시킨다.이상적인 각종 필터의 특성(3) Q의 의미① LPF, HPF에서의 Q- Q가 클경우에는 차단주파수부근에서 진폭 특성이 예리해 진다.② BPF, BRF에서의 Q- Q는 선택도라고 부르며,를 중심주파수, BW를 -3dB 대역폭이라고 하면 Q는 다음식으로 표현된다.Q값이 커지면 BW가 작아짐을 의미하므로 감쇠특성은 예리해진다.(4) 능동 필터 구성시 주의점① 저항의 선택- 금속피막저항(class 4)+25 ppm/C 이내 ~ (class 1)150ppmC 이내② 콘덴서의 선택- 실버드 마이카, 스티롤콘덴서, NPO의 세라믹등 +50ppmC이내의 온도계수의것- 마이카, 폴리카보네이트, 테플론 등 150 ppmC이내 용량 온도 계수의 것-- 틴탈 전해 콘덴서는 특히 부득이한 경우, 정밀성이 요구되지 않는 경우에 한 한다. 알루미늄 전해 콘덴서는 사용하지 않는다.(5) 필터회로의 구성1단계 : 회로 구성 방식 선정- 단일 궤환형, 무한 이득 다중 궤환형, 전압 소스형, 네거티브 이미턴스형, 상태 변수형2단계 : 필터의 종류- LPF, HPF, BPF, BRF3단계 : 필터의 특성- 버터워즈, 체비셰프, 베셀4단계 : 필터의 단수- 1차, 2차, 3차 ...① 단일 궤환형② 전압 제어 전압 소스형(VCVS)
결 과 보 고 서학 과학 년학 번조성 명전자공학과23실험 제목능동필터회로1. 실험 날짜 : 2011년 11월 21일 월요일 15:00 - 16:502. 실험 결과 :회로도(의 값은 50k으로 실험 하였다)주파수 특성 그래프는 저역차단 주파수이고,는 고역차단 주파수 이다.== 1.59kHz= 3.18kHz회로 구성저역 차단 주파수인 1.59kHz에 입력전압 1.62Vp-p를 인가하였을때 출력전압 4.44Vp-p가 측정되었다. 주파수는 큰 변화가 없었다.고역 차단 주파수인 3.16kHz에 입력전압 1.68Vp-p를 인가 하였을때 출력전압 4.88Vp-p가 측정되었다. 주파수는 큰 변화가 없었다.3. 고찰- 이번 실험은 안정된 미적분기에 관한 실험이었다. op-amp를 이용한 안정된 미적분기는 주파수에 따라서 미분기와 적분기로 사용된다. 미적분기에서는 저역차단 주파수와 고역차단 주파수 사이에서는 안정된 전압이득을 보이고, 그 이외의 영역에서는 위의 특성그래프에 나와 있듯이 이득이 낮아진다. 문제에서는 삼각파와 구형파로 실험하라고 되어있지만 이번실험에서는 사인파로 오실로스코프 파형을 측정하였다. 이번 실험역시 장비의 이상으로 원활하지 못하였는데 그 이유로 인하여 파형이 찌그러진것 같다. 여러 가지를 바꾸면서 실험을 하였지만 바뀌지 않았다. 이번실험을 하면서 캐패시터의 값을 읽는법을 다시 배웠는데 앞으로 실험을 하면서 매우 유용하게 쓰일것 같다.
예 비 보 고 서학 과학 년학 번조성 명전자공학과23실험 제목미/적분 회로1. 실험 일자 : 2011년 11월 14일 (월) 15:00 - 16:502. 실험 이론(1) 적분회로- OP-AMP의 회로의 일부를 저항대신 콘덴서로 대체하면 적분회로가 만들어진다. 적분회로란 출력 파형이 입력 파형의 적분형이 되는 회로를 말한다. 지금 그림(a)의 입출력 전압을 각각 e1, e2, 콘덴서를 흐르는 전류를 i, 저항 R의 단자 전압을 e로 하면가 되고 그림(b)에 있어서도 마찬가지로 가 되지만 전자의 경우는 , 후자의 경우는 ωL》R의 관계가 성립되는 범위에서는 어느 것이나 적분 회로로 동작한다.(2) 기본적인 적분회로적분기의 출력은 시정수에 따라 달라진다.적분기의 출력을 얻으려면 입력파형의 주기보다 훨씬커야 한다.오른쪽의 그림은 주기와 시정수에 따른 적분 특성을 보여준다.입력신호가 정현파일 경우 적분기의 출력은 다음과같다.이면(3) 임계주파수이득이 0.707배(-3dB)가 되는 주파수를 말한다.차단주파수라고도 하며 구하는식은(4) OP-AMP의 실용적인 적분회로op-amp를 이용한 적분회로에 Rf를 연결해주어서 주파수가 낮은영역에서 폐루프의이득을 제한 할 수있다.는보다 1자리이상 높은 곳으로 가져가는 것이 안전하다.에서간의 주파수 범위 에서는 완전한 적분기로 다룰수 있다. f>이면 적분기로 동작학 그반대이면 반전증폭기 동작에 가깝게 된다.실용적인 적분기 에서의증폭기의 대역폭(5) 미분회로출력 전압이 입력 전압의 시간에 대한 도함수에 비례하는 회로. 미분 회로의 사인파 진폭 특성은 주파수에 비례한다.(6) 기본적인 미분회로오른쪽 그림은 각종 입력신호에 대한 미분 출력신호이다.오른쪽의 그림은 OP-AMP를 이용한미분회로 이다.(7) 실용적인 미분회로미분동작을 하기 위한 한계 주파수는Rs와 Cs를 직렬로 연결하면 주파수특성은 오른쪽 그림과 같이 폐루프이득에 의한 평탄화가 된다.Rs가 작으면 이것만으로는 안정하게되지 않으므로 그것을 보상하기 위해
