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전자회로 응용 - 차동 증폭기[multisim 활용]

1. 위 회로에서 BJT는 TSEB(dual supply emitter bias)로 구성되어 있다.i. BJT의 collector의 DC 전압V _{C} 과 DC 전류I _{C}를 계산하라.I _{T} `=` {-0.7V``-`V _{EE}} over {R _{E}} `=` {-0.7V`+`9V} over {43k OMEGA } `=`0.1930mAI _{E} `=` {1} over {2} `I _{T} ``=`0.0965mA`,V _{C} `=`V _{CC} ``-`I _{C} ``*R _{C} ``=`9V`-`0.0965mA`*`47k OMEGA `=`4.4645Vii. 이를 simulation을 통해 확인하고 결과의 차이를 확인하라.☞I _{C} ``=`0.099mA```````/`````V _{C} ````=`4.393V` 로 계산값과 가깝게 측정되었다.2. BJT Q{} _{1}의 base에만 교류입력전압을 인가하였다.i. Oscilloscope로 Q{} _{1}과 Q{} _{2}의 collector 출력 전압 v{} _{O1}과 v{} _{O2}의 형태를 확인하라.☞ 위상이180 DEG 만큼 반전되었으며, math 기능을 통하여 파형의 일그러짐 없이 두전압이 상수배만큼 차이가 나는 것을 알 수 있다.V _{PP} 값이 337.6mV로 전압이득비는 약 84배 정도로 측정되었다.ii. Oscilloscope로 Q{} _{1}과 Q{} _{2}의 emtter 전압 v{} _{e} 의 형태를 확인하라.☞v _{e} = - 556.13 mV 으로 계산값 -0.7V에 근접하여 전류가 거의 흐르지 않음을 확인할 수 있고V{} _{pp}= 1.99mV 의 값으로도 확인 가능하다. 또한 이미터 전압은 오실로스코프 상의 파형에서 보듯이 위상차가 나지 않는다. (동상) 이는 하나의 교류 전압원에서 전류가 흐르므로 당연한 결과라고 할 수 있다.iii. 증폭비 v{} _{o1}/v _{i1}과 v{} _{o2}/v _{i1}를 구하라.교류 등가 모델을 고려하였을 때,R _{E} 에 흐르는 이미터 전류가 적어v _{i1} 의 교류 전원에서 온 이미터 전류가 Q{} _{2} 의R _{C} 에도 흘러 교류 전원과 동상의 출력 전압을 만들고, v{} _{O1} 은 기존의 CE증폭기와 같은 원리로 전류원이 들어오는 것과 같으므로 반대방향의 위상의 출력전압이 만들어진다.v _{i1} `=`i _{b} `* beta r _{e} `+``i _{b} `* beta r _{e} =2`i _{b} ` beta r _{e} ``/v _{o1} `=`- beta i _{b} `*R _{C _{e}} `` /v _{o2} `=` beta i _{b} `*R _{C _{e}} `` /r _{e} `=` {25mV} over {0.5I _{E}} ``=`259.06OMEGA {v _{o1}} over {v _{i1}} `=` {- beta i _{b} R _{C}} over {2i _{b} beta r _{e}} `=` {-R _{C}} over {2r _{e}} `=` {-47k OMEGA } over {2*259.06 OMEGA } =`-90.72{v _{o2}} over {v _{i1}} `=` {beta i _{b} R _{C}} over {2i _{b} beta r _{e}} `=` {R _{C}} over {2r _{e}} `=` {47k OMEGA } over {2*259.06 OMEGA } =`90.72iv. 증폭비의 주파수 특성을 Bode plot으로 확인하라.☞ 3dB 떨어지는 지점은 1.256Mhz 부근이며, 커플링과 바이패스 커패시터가 없기 때문에 저주파 / 중간 대역에서도 원활히 작동하여 대역폭을 키운 것을 알 수 있다. 다만 기생 커패시터, 와이어로 인한 커패시터 등 실제 BJT의 특성으로 인해, 고주파가 되면 전압 이득이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.3. BJT Q{} _{1}과 Q{} _{2}의 base에 동일한 교류입력전압을 가한 common mode input 상태로 변경하라.i. Oscilloscope로 Q{} _{1}과 Q{} _{2}의 collector 출력 전압 v{} _{o1}과 vo2의 형태를 확인하라.☞v _{pp} = 2.17 mV{} _{pp}로 입력신호 4 mV{} _{pp} 에 비하여A _{V} `=0.542 의 시뮬레이션 값을 가졌다. 이는 동상입력에 관한 전압이득 비의 계산값과 상당량 근사한 값이다.ii. Oscilloscope로 Q{} _{1}과 Q{} _{2}의 emitter 전압 v{} _{e}의 형태를 확인하라.☞v _{e} = - 556.14 mV 으로 계산값 -0.7V에 근접하고 V{} _{pp}= 3.99mV 의 값이 단일 교류 전원 일 때보다 소폭 증가하였으나 여전히 이미터 전압은 작고 전류 또한 거의 흐르지 않음을 알 수 있다. 이미터 전압은 오실로스코프 상의 파형에서 보듯이 위상차가 나지 않는다.(동상)iii. 증폭비 v{} _{o1}/v{} _{i1}과 v{} _{o2}/v{} _{i1}를 구하라.☞ 동상 입력에 대한 출력으로A _{V(CM)} `=` {v _{oCM}} over {v _{iCM}} `=` {i _{c} R _{C}} over {i _{c} `r _{e} `+`2i _{c} R _{E}} ` APPROX {R _{C}} over {2R _{E}} 이다.따라서 출력 비는A _{V(CM)`} `=` {47k OMEGA } over {2*43k OMEGA } `=`0.546 이다.iv. 증폭비의 주파수 특성을 Bode plot으로 확인하라.☞ 데시벨을 보면 처음 값이 -5.324 정도 되는 데, 이것은 물성으로 인해 존재하는 v{} _{c} 의 피크피크 전압이 2.17mV{} _{pp} 이기 때문에 4mV{} _{pp} 에서 약 반 정도 감소한 전압 이득을 갖게 되었고, 이가 반영된 것이라 할 수 있다. 실제로20log _{10} ( {2.17mV _{pp}} over {4mV _{pp}} )`=`-5.312 가 되므로, 이 같은 값이 합당하다고 할 수 있다. 또 주파수가 증가함에 따라서 출력 전압이 증가하여 0dB가 되는 지점이 있었는데, 위의 회로도에서 주파수에 영향을 받는 소자는 bjt 뿐이므로, 조심스레 내부 커패시터에 의한 현상이라 생각했다.v. CMRR(common mode rejection ratio)는 얼마인가?CMRR`=` {A _{V(DM)}} over {A _{V(CM)}} `= {{R _{C}} over {2r _{e}}} over {{R _{C}} over {2R _{E}}} `=` {R _{E}} over {r _{e}} `=` {43k OMEGA } over {259.06 OMEGA } `=`166.02CMRR 은 차동 입력에 대한 동상 입력의 비로 이는 곧 차동입력이 증폭하는 데 동상입력이 방해하는 정도라도 해도 무방하다. 왜냐하면 잡음이 이러한 동상입력 등을 통해 들어오는 출력이 되고, 따라서 동상입력에 따른 출력은 작고 반대로 차동 입력의 출력은 크게 하는 것이 좋다.R _{E} 를 크게 하는 것도 같은 맥락으로 볼 수 있다.4. 고 찰이번 시간에는 OPAMP 라 불리는 연산 증폭기의 동작에 대하여 시뮬레이션을 수행했다. 익숙했던 CE증폭기 대신 새로운 형태와 바이어스로 인하여 어떤 방식으로 동작되는 지 혼란스러운 면이 많았다. 그러나 동작되는 특성을 실습을 통해서 익히면서 단지 BJT와 전원 한 개의 추가적인 부착으로 다채로운 역할과 장점을 지닐 수 있다는 사실이 놀라웠다. 특히 동상 입력이 자체적으로 상쇄되면서 잡음에 강하다는 점, 차동 입력을 통해 증폭이 되고, 한 개의 교류 입력으로도 동작한다는 것, 그리고 무엇보다 커패시터가 없어 저주파에서도 동작해서 소신호 증폭도 가능하다는 점 등 나름대로는 익히 알고 있다고 생각했던 소자들을 어떻게 배치하느냐에 따라서 필요한 소자는 줄고 장점을 극대화하는 이러한 소자를 보면서 설계의 중요성과 설계자가 원리를 이해하고 활용하는 것이 중요하다는 것을 느꼈다.

공학/기술| 2014.01.25| 5페이지| 1,500원| 조회(313)

차동 증폭기, MultiSIM, 전자회로 응용

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전자회로 응용 - CE 증폭기[multisim 활용]

전자회로 응용 및 실습- 보고서1. 주파수 응답 실습 -1. 위 회로에서 BJT β = 100 이면 컬렉터 DC 전압V _{C} 와I _{C}는 얼마인가?V _{B} `=`VCC``*`` {R2} over {R1`+`R2} `=`15V``*` {20kΩ} over {100kΩ+20kΩ} `=2.5VI _{E} `=`` {V _{B} `-`V _{BE}} over {R _{E1} `+R _{E2}} `=` {(2.5-0.7)V} over {5000Ω} `=`0.36mAI _{C} ``=`` {beta } over {1+beta } `I _{E} `=` {100} over {101} `*`0.36`=`0.3564mA,V _{C} `=`V _{CC} ``-`I _{C} `*`R _{C1} `=`15V`-`0.3564mA`*`25kΩ`=`6.09V`그러므로V _{C} `=6.09V````,`````I _{C} `=`0.3564mA`2. 교류 이득A _{V} `를 계산하라.r _{e} `=` {26mV} over {I _{e}} ` = 72.22ΩA _{V} `=` {V _{O}} over {V _{i}} `=` {-( beta i _{b} `*25kΩ)} over {` beta i _{b} `*r _{e} `+` beta i _{b} `*`500Ω} `=` {-25kΩ} over {72.22+``500Ω} `= -43.31약 43.31 배 증폭된다.3. 출력 전압 왜곡이 발생하지 않는 최대 입력 전압이 얼마인지 계산하라.V _{CEQ} ``=`V _{C} `-`V _{E} `=`6.09V``-`1.8V=`4.29VI _{CQ} ``=`0.3564mA``,``r _{c} ``=`R _{c} `=`25k OMEGA 이므로I _{CQ} ``*`r _{c} =`0.3564mA``*`25k OMEGA `=`8.91V이 중V _{CEQ} = 4.29V 로 더 작으므로 MPP = 4.29 *2 = 8.58V _{PP} 이다.이론 계산상A _{V} = 43.31 이므로 무왜 교류 198.79`mV _{PP} `,``v _{o} `=`8.41V _{PP} `으로A _{v} ={8.41V _{PP}} over {198.79mV _{PP}} = 42.33 으로 나타났다.이는V _{c} ,I _{c} ,A _{v} 의 계산값이 측정값보다 각각 8%, 5.44%, 2.27% 큰 것으로, 이론상의 값이 대체적으로 시뮬레이션 값과 일치한다는 것을 알 수 있다.? 무왜 교류 출력전압을 위한 최대 교류 입력 전압시뮬레이션 - 교류 입력전압 크기에 따른 출력전압 클리핑 정도 측정100mV _{P}110mV _{P}120mV _{P}130mV _{P}A _{V} = 42.05A _{V} = 41.72A _{V} = 40.2A _{V} =39.11☞ 이론 계산 상 최대 교류 입력전압은 98.98mV _{P} 로 약 100mV _{P} 이지만 시뮬레이션 상으로는 120mV _{P} 부터 일그러짐이 시작되어 130mV _{P} 부터는 오실로스코프 상에서 클리핑된 것을 명확하게 알 수 있을 정도로 일그러짐이 발생하는 것을 알 수 있다. 따라서 약 110mV _{P} 가 무왜 출력을 위한 최대 교류 입력임을 알 수 있다. (시뮬레이션에서는 이미터 다이오드의 전위장벽이 약 0.75V 로 나타나는데, 0.8V로 가정하고 계산을 다시해보면,I _{E} `=`0.34`mA``,``I _{C} ``=`0.3366mA``,``V _{C} ``=`6.585V`,``A _{V} ``=`43.59,`r _{e} `=`74.27 OMEGA ```MP`=4.885V 이고v _{i} `=` {v _{O}} over {A _{V}} `=``112.07`mV _{P} ` 이므로 이론 상 계산값과 시뮬레이션 측정값이 거의 같다고 볼 수 있다.)6. 다시 BJT의beta =100인 상태에서R _{E1} 을 500OMEGA 에서 1kOMEGA 으로 바꾸고 simulation을 수행하라.ⅰ. 교류 전압이득A _{V}는 어떻게 변하는가?A _{V} `=` {V _{O}} over {V _{i}} ``V _{C} ``=`5.25V``,`r _{e} `=` {25mV} over {I _{E}} =62.5 OMEGA ``,`#A _{V} ``=` {-25k OMEGA } over {r _{e}} `=`-400``,``MP`=V _{CEQ`} ``=`(15V-9.75V)-1.8V`=`3.45V _{P} ``이고v _{i} `=` {v _{O}} over {A _{V}} `=``13.12mV _{P} ` 가 된다.ⅱ. simulation을 통해 확인하라.시뮬레이션 - 교류 입력전압 크기에 따른 출력전압 클리핑 정도 측정10mV _{P}11mV _{P}12mV _{P}13mV _{P}A _{V} = 346.57A _{V} = 335.16A _{V} = 320.62A _{V} = 308.05☞ 이론 계산 상 최대 교류 입력전압은 13.12mV _{P} 로 약 13mV _{P} 이지만 시뮬레이션 상으로는 11mV _{P} 부터 일그러짐이 시작되므로 대략 10mV _{P} 가 최대 교류 입력전압이 됨을 확인할 수 있다. 또한 이론 상에서는 전압이득 값이 400이지만, 시뮬레이션 상에서는 일그러짐이 없는 경우 350에 가깝게 증폭되고, 이후 입력신호가 커짐에 따라 출력이 클리핑되어 전압이득이 작아지게 됨을 확인할 수 있다.ⅲ.R _{E1} 과A _{V} 사이에 어떤 관계가 있는지 설명하라.스웜프 증폭 회로에서 전압이득은A _{V} `=` {r _{c}} over {r _{e} +R _{E1}} = {R _{C`} ` PVER R _{L}} over {r _{e} +R _{E1}} ` 이므로 저항R _{E1} 이 교류저항r _{e} 보다 훨씬 큰 값을 지닌다면 곧A _{V} `=` {r _{c}} over {R _{E1}} 과 같이 되고, 이는 전압이득을beta 값과 무관하게 이미터 저항을 통해 조절할 수 있다는 것이다. 교류저항은`r _{e} `=` {25mV} over {I _{E}} 이고, 이미터 전류I _{E} `=`I _{B} `+``I _{C} `=I _{B} {r _{e} +R _{E1}} = {R _{C`} ` PVER R _{L}} over {r _{e} +R _{E1}} ``` APPROX ` {R _{C`} ` PVER R _{L}} over {R _{E1}})2. 베이스의 입력 임피던스를 크게 만듦으로 전압원의 내부저항에 대해 영향을 덜 받도록 할 수 있다.전원에 내부저항과 입력 임피던스가 직렬 연결되어 있으므로, 입력 임피던스를 크게 만들면 내부저항으로 인한 전압 손실을 막아서 더 좋은 증폭기로써 사용할 수 있다.3. 3번 문제와 7-1번 문제를 통해서 신호의 일그러짐에 대한 이점이 있음을 알 수 있다. 교류 증폭은 결국은 직류와 마찬가지로 BJT의 포화 ~ 차단 영역까지의 동작점 중 어느 한 지점에서 동작하는 것인데, 교류 입력전압이 높아지면 이 영역을 벗어나게 되어 잘려나가는 클리핑된 출력이 나오는 것이다. 이 같은 현상의 원인은 이미터 다이오드의 전류가 전압에 대해서 지수함수의 형태로 증가하는 데 있는데, 아래의 그림과 같이 증폭되는 출력에서는 신호가 과도하게 커져서 일그러질 수 있다.교류 저항은 위와 같은 다이오드의 특성에 많은 영향을 받으므로 여기에 교류 저항보다 훨씬 큰R_E1 을 달면, 다이오드의 전압과 전류의 관계에서 교류 저항의 영향을 훨씬 덜 받도록 할 수 있는데, 아래의 그림과 같이 거의 선형적인 관계가 성립되어 증폭 가능한 신호의 폭 또한 훨씬 커질 수 있다는 것이다.이는 3번과 7-1번의 시뮬레이션의 결과로도 확인이 가능한데, CE증폭기는 10mV_P 만 지나도 클리핑되어 소신호 영역에서만 사용할 수 있지만, 스웜프 증폭기는 110mV_P 까지 증폭이 가능하여 비교적 피크값이 큰 입력신호 또한 증폭할 수 있다는 장점이 있다.○ 스웜핑한 증폭기의 단점1. 이미터 저항으로 인해A_V 가 감소된다. ( 위의 회로도에서R _{E1} `=`500 OMEGA 시에A _{V} ``=`400`` RARROW ```43.`13 으로 열배 가까이 줄었음을 확인할 수 있다.)2. 회로에 저항을 하나시터의 차단 주파수 중 가장 큰 값을 갖게 되어 실질적인 차단 주파수 역할을 하는 주파수를f _{CL} 이라 한다.1.f _{C _{S}} ={1} over {2 pi `*`1uF*((100k OMEGA PVER 20k OMEGA ) PVER ( beta r _{e} `+`500 OMEGA ))} ` APPROX `30.16hz2.f _{Cc} ={1} over {2 pi `*`1uF*(25k OMEGA )} ` APPROX `6.37hz3.f _{C _{E}} `=` ={1} over {2 pi `*`1uF*(R _{E1} PVER R _{x} )} ` APPROX `250.79hzi _{x} `=`-i _{b} (1+ beta )` APPROX - beta i _{b}#v _{x} `=`-i _{b} (100k OMEGA PVER 20k OMEGA + beta r _{e} `)`-i _{b} (1+ beta )*500 OMEGA #R _{x``} `=` {v _{x}} over {i _{x}} ` APPROX 738.82 OMEGA #R _{E2} ` PVER R _{x} ``=`634.62 OMEGA☞ 이미터 바이패스 커패시터의 차단 주파수가 가장 크므로 저주파 차단 주파수는 250.79hz 이다.9. 입력 주파수를 10kHz에서 줄이면서 simulation을 통해 증폭비 A{} _{v}의 변화를 확인하라.차단 주파수를 확인하는 것은 전압 이득이 이론값(43.33)의 0.707배가 되는 주파수를 찾는 것과 같다. 그러나 시뮬레이션 상의 전압이득이 이론값과 완전히 일치하는 것은 아니므로, bode plot을 통해서 중간주파수 구간에서 동작하는A _{v} 값을 알고 그 전압이득의 0.707 되는 주파수를 찾으면 이론으로 구한 차단 주파수가 얼마만큼의 신뢰성을 갖는 지 확인할 수 있다.i. 입력 주파수에 대한 A{} _{v}의 변화를 그래프로 나타내라.주파수가 증가함에 따라A _{v} 가 일정해짐0.707A _{v} = 30.35V /f _{CL} = 307.있다.

공학/기술| 2014.01.25| 12페이지| 1,500원| 조회(336)

전자회로, 응용, CE 증폭기

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유한요소 해석 텀 프로젝트 - 딱따구리의 충격 흡수 시스템 해석

유한요소 중간발표 충격 흡수 시스템 개선 사례목 차 Ⅱ. ANSYS 2D Ⅲ. 결 론 Ⅳ. QnA Ⅰ. 충격 흡수 시스템 ?Ⅰ. 충격 흡수 시스템 ?충격 흡수 시스템 ? 기계 성능 향 상 – 고주파 기계진동 상승 충격 흡수 시스템 개선 필요성 대두자연에서 찾은 적정 모델자연에서 찾은 적정 모델 주파수 : 25Hz 외 력 : 32.4N 가속 도 : 1200 g 일 평균 : 12,000 회 부리 ~ 두개골 구조 - 충격 흡수 시스템의 핵심 고주파 진동 , 시스템 내부는 충격 X두 개의 논문 – ANSYS 해석 딱따구리 두개골 구조에 관한 논문 1. 설골 구조 중점 2 . 유한요소 해석 3. RP 모델 실험 설골 구조 유무 - 결과 10% 차이 1. 다공 성 구조 중점 2 . 역학 모델 해석 3. 해면 구조 실험 이론적인 검증 가능 - 새로운 모델 구현 Jiro SAKAMOTO Kenichi SAKANO Sang- Hee Yoon Sungmin ParkAbout Woodpecker 3 . 두개골 : 두뇌 지지 1. 부리 : 가장 큰 충격 - 길이 차이로 아래부분 집중 2 . 설골 : 두개골에 충격 분 산 - 혀부터 콧구멍까지 연결 4 . 해면 뼈 : 두뇌 충격 방지 - 다공성 구조 ; 스펀지물성 치Ⅱ. ANSYS 2D2D 모델링2D 모델링2D 모델링 - 12D 모델링2D 모델링2D 모델링2D 모델링 정적 해석 정현파 진동 해석 고유진동 수 해석 과 도 해석2D 모델링 Without S pongy bone With S pongy bone2D 모델링 Average Stress Ratio : 34.79%Classic – transient analysisClassic – transient analysisClassic – transient analysisClassic – transient analysisⅢ. 결론결과와 결론Q ＆ A{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2014.01.25| 26페이지| 3,000원| 조회(458)

텀 프로젝트, 유한요소 해석, 딱다구리

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전자회로 응용 - 555 timer [multisim 활용]

i. 이 회로에서 UTP와 LTP 전압의 크기를 계산하라.UTP`=` {2} over {3} V _{CC} = 8VLTP`=` {1} over {3} V _{CC} = 4V가 된다.ii. Capacitor, C0의 전압이 LTP에서 UTP로 충전하는 데 걸리는 시간은 얼마인가?t _{H} =0.693(R _{1} `+`R _{2} )`C0`=`0.693`*`101K OMEGA `*10uF`=`0.699 초iii. Capacitor, C0의 전압이 UTP에서 LTP로 방전하는 데 걸리는 시간은 얼마인가?t _{L} =0.693`R _{2} `C0`=`0.693`*`100K OMEGA `*10uF`= 0.699 초iv. 이로부터 timer 출력신호의 주파수와 duty를 구하라.f`=` {1} over {t _{h} `+`t _{l}} `=` {1} over {0.699+0.699} `=`0.7153hz` ☞ 715.4mhzduty`=` {t _{h}} over {t _{h} `+`t _{l}} `=` {0.699} over {0.699+0.699} `=`0.5` = 50% 가 된다.v. Breadboard에 회로를 구성하고 계산치, simulation 그리고 실험결과를 비교하라.1. 계산치? UTP / LTP : 8V / 4V?t _{H} : 0.699 초?t _{L} : 0.699 초? f : 715.4mhz? duty : 50%2. 시뮬레이션회로도 작성결과 출력충방전 값 : 각각 8V / 4V,주파수 : 702.04mhz시간 간격 단위가 500ms 이고, High값, Low값을 갖는 펄스폭의 길이가 한칸 두눈금을 가르키므로충전,방전시간 모두 대략 700ms 임을 알 수 있다. 따라서 듀티비는 50% 이고, 주파수가 702.04mhz 이므로{T} over {2} 가 각각t _{H},t _{L} 가 된다.? UTP / LTP : 8V / 4V?t _{H} : 0.712 초?t _{L} : 0.712 초? f : 702.04mhz? duty : 50%☞ 계산값과 시뮬레이션 값이 거의 유사하게 나타나는 것을 알 수 있다.회로도 작성결과 출력시간 간격 단위가 500ms 이고, High값, Low값을 갖는 펄스폭의 길이가 한칸 세눈금을 가르키므로충전,방전시간 모두 대략 800ms 임을 알 수 있다. 따라서 듀티비는 50% 이고,주파수가 625mhz 정도 되는 것을 알 수 있다.vi. R1의 크기를 33KΩ으로 변경하고 상기 내용을 반복하라.Capacitor, C0의 전압이 LTP에서 UTP로 충전하는 데 걸리는 시간은 얼마인가?t _{H} =0.693(R _{1} `+`R _{2} )`C0`=`0.693`*`101K OMEGA `*10uF`=`0.921 초Capacitor, C0의 전압이 UTP에서 LTP로 방전하는 데 걸리는 시간은 얼마인가?t _{L} =0.693`R _{2} `C0`=`0.693`*`100K OMEGA `*10uF`= 0.699 초이로부터 timer 출력신호의 주파수와 duty를 구하라.f`=` {1} over {t _{h} `+`t _{l}} `=` {1} over {0.921+0.699} `=`0.6172hz` ☞ 617.2mhzduty`=` {t _{h}} over {t _{h} `+`t _{l}} `=` {0.921} over {0.921+0.699} `=`0.56 = 56% 가 된다.회로도 작성결과 출력충방전 값 : 각각 8V / 4V,주파수 : 619.31 mhz시간 간격 단위가 500ms 이고, High값을 갖는 펄스폭 길이가한칸 네 눈금을 가르키므로 0.9초가 되고, 하강 펄스폭은 한칸 두눈금이므로0.7초 정도가 된다.{1} over {f} `* {9} over {16} `/` {1} over {f} `* {7} over {16} ` 가 각각t _{H},t _{L} 가 된다.? UTP / LTP : 8V / 4V?t _{H} : 0.908 초?t _{L} : 0.706 초? f : 619.31mhz? duty : 56.25%☞ 계산값과 시뮬레이션 값이 거의 유사하게 나타나는 것을 알 수 있다.회로도 작성결과 출력오실로 스코프 파형을 통해 시뮬레이션과 유사한 형태를 따르는 것을 알 수 있다.vii. R1의 크기를 1KΩ으로 변경하고, (5)번 pin과 ground 사이에 10KΩ을 연결한 상태에서 상기 내용을 반복하라.555timer 라는 것은5K OMEGA 3개를 직렬로 연결하고 이를 비교기에 달아서 UTP, LTP를 지정하므로 생긴이름인 듯 하다. 전압 컨트롤 핀이 연결된 부분은 곧, UTP를 설정하는 부분으로써 어차피 두 OPAMP 부분은모두 가상접지가 되므로, 결국은 아래와 같이 저항을 병렬로 연결한 것이 되고,UTP ={1} over {2} V _{CC} , LTP ={1} over {4} V _{CC} 가 된다.V _{CC} = 12V 이므로 UTP = 6V , LTP = 3V 가 된다.ii. Capacitor, C0의 전압이 LTP에서 UTP로 충전하는 데 걸리는 시간은 얼마인가?t _{H} =-(R1+R2)C`*ln {V _{CC`} `-`UTP} over {V _{CC} `-`LTP} `=`-101K OMEGA `*`10uF`*ln {6V} over {9V} `= 0.409 초iii. Capacitor, C0의 전압이 UTP에서 LTP로 방전하는 데 걸리는 시간은 얼마인가?t _{L} =0.693`R _{2} `C0`=`0.693`*`100K OMEGA `*10uF`= 0.699 초iv. 이로부터 timer 출력신호의 주파수와 duty를 구하라.f`=` {1} over {t _{h} `+`t _{l}} `=` {1} over {0.409+0.699} `=`0.9025hz` ☞ 902.5mhzduty`=` {t _{h}} over {t _{h} `+`t _{l}} `=` {0.409} over {0.409+0.699} `=`0.36`91 = 36.91% 가 된다.v. Breadboard에 회로를 구성하고 계산치, simulation 그리고 실험결과를 비교하라.1. 계산치? UTP / LTP : 6V / 3V?t _{H} : 0.409 초?t _{L} : 0.699 초? f : 902.5mhz? duty : 36.91%회로도 작성결과 출력충방전 값 : 각각 6V / 3V,주파수 : 872.99 mhz시간 간격 단위가 200ms 이고, High값을 갖는 펄스폭 길이가세칸 반을 가르키므로 약 0.4초가 되고, 하강 펄스폭은 한칸 두칸 이므로약 0.7초 정도가 된다.{1} over {f} `* {4} over {11} `/` {1} over {f} `* {7} over {11} ` 가 각각t _{H},t _{L} 가 된다.? UTP / LTP : 6V / 3V?t _{H} : 0.416 초?t _{L} : 0.728 초? f : 872.99mhz? duty :36.36%☞ 계산값과 시뮬레이션 값이 거의 유사하게 나타나는 것을 알 수 있다.회로도 작성결과 출력오실로 스코프 파형을 통해 시뮬레이션과 유사한 형태를 따르는 것을 알 수 있다.2. 고찰예전에 opamp 응용 부분에서 일정한 구형파를 만들어줄 때 사용하는 것이 555timer 라고 해서 증폭기 옆에붙이는 소자로 이용된다고 배웠던 것 같다. 그런데 555timer 도 opamp로 만드는 것인지는 잘 몰랐다. 마프나 다른 디지털 소자에 쓰이는 발진기도 이러한 원리인 것 같다는 생각이 들었다. 디지털 회로 시간에 배웠던 플립플롭도 안에는 CE AMP 가 들어있는 것이 굉장히 신기했다. bjt가 없었다면 과연 지금 이렇게 노트북으로 과제를 할 수 있었을까 또 CE, OPAMP 가 없었다면 어땠을까 생각하니 정말 위대한 발명이라는 생각이 들었다. 이해하는 것도 사실 벅찬데, 설계하는 사람들은 참 대단하다는 생각이 새삼 들었다.

공학/기술| 2014.01.25| 6페이지| 1,500원| 조회(388)

555 timer, MultiSIM, 전자회로 응용

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전자회로 응용 - phase shift oscillator [multisim 활용]

1. phase shifter oscillatori. 이 회로의 동작 원리에 대해 설명하라.위와 같은 RC회로에서 위상차를 구하기 위해서는, 전압 이득비를 구하는 식에서 각각의 위상의 차를 통해구할 수 있다. 커패시터의 임피던스를Z`=`-jX _{C} 로 놓으면,전압 이득비는{V _{o}} over {V _{i}} `=` {R} over {R-jX} `=` {1} over {1- {1} over {j`2 pi fRC}} 이 되고,여기서 발진 주파수f _{0} `=` {1} over {2 pi sqrt {6} RC} `=` {1} over {2 pi sqrt {6} 10k OMEGA *10nF} ` = 649.74hz 가 다시 입력으로 들어가서 반복되므로` {1} over {1-j {1} over {2 pi fRC}} `=` {1} over {1-j2.44} 가 되고,`` {MSANGLE 0} over {MSANGLE -atan(2.44)} =`67.71 DEG 가 된다.따라서, 위와 같은 위상 편이 발진기는 RC회로 한단을 넘을 때 마다 대략 60DEG ~ 70DEG 정도 위상 차가발생하는 것이다. 이를 3단으로 연결하여, 처음 신호가 3단의 RC회로를 거치면 반전되어 180DEG 만큼 위상이변하게 만들 수 있다. 그런데, RC회로를 거치면서 전압 분배가 일어나므로, 처음 신호의 전압보다 그 크기가줄어들게 되는데, 29배 정도 줄게 된다. 이를 OPAMP 의 반전 증폭을 통해서 전압비를 29배로 설정해주고,출력 파형을 반전시켜서 다시 RC회로의 입력단에 피드백을 걸어주면, 특정한 주파수에서 크기가 일정한 신호가계속해서 출력되고, RC회로 입력단과 OPAMP 출력단의 전압이 반전되는 Phase shift oscillator 가 된다.ii. 회로의 발진동작을 simulation으로 확인하고, 발진신호의 진폭과 주파수를 측정하라.회로도 작성결과 출력발진 주파수 = 416.19hz진폭 = 18.47V _{pp}☞R _{f} = 500kOMEGA 일 때, 발진 주파수f _{0} = 416.19hz, 진폭은 18.47V _{pp} 로 나타났다.계산 상으로는f _{0} `=` {1} over {2 pi sqrt {6} RC} `=`649.74hz 가 나오지만, 위와 같은 741-DIV 소자에서는{R _{f}} over {R1} = 50 이상 되는조건에서 발진이 가능했다.(즉,R _{f} = 500k OMEGA 이상이여야 했다.) 진폭의 크기는V _{sat} 에 가깝게 나오게 되는 것이므로,일정해지는 진폭의 크기는 예측이 가능하지만, 발진 주파수는 계산값과 차이를 보였다.회로도 작성결과 출력발진 주파수 = 602.06 hz진폭 = 18.５V _{pp}따라서 실제 OPAMP 의 특성을 배제하고 이상적인 모델로 다시 시뮬레이션을 실행한 결과,발진을 위한 기동 시간이 저항값이 클 때보다 분명 오래 걸리기는 하지만, 290k OMEGA 을 넘어서 300k OMEGA 부터는발진이 되는 것을 확인할 수 있었다. 커패시터 단을 통과하면서, 전압 강하가 30배 가까이 발생하기 때문에전압 이득비가 30배를 넘으면, 점차 진폭이 증가하고,V _{sat} 에 가깝게 증폭되면 일정하게 발진되는 것을 확인할 수있었다. 또한 실제 소자는 이상적인 소자와 다르게 이러한 저항비{R _{f}} over {R1} 이 최소 50 이상 되어야 한다는 것을알 수 있었다.iii. C-R로 구성된 phase shifter 각 부위의 위상차이를 측정하라.다음과 같은 정사영 - 리사주 도형을 참고하고, 시뮬레이션 상에서 x-y trace를 통해 위의 도형과 비교해보면서 위상차를확인해 볼 수 있었다.입력1단1단2단2단3단☞ 대략적으로{pi } over {4} ~{pi } over {3} 의 위상차를 갖는 것을 확인할 수 있었다.iv. Breadboard에 발진회로를 구성하고 동작을 확인하라.☞ 다음과 같이 발진 동작을 하는 것을 확인할 수 있었으며, 실제, 입력, 커패시터 단 과의 위상차는 대략 70도 정도로 나타나는 것을 알 수 있었다.v. Rf의 크기를 달리하면 발진 특성에 어떤 차이가 발생하는가?구형파 / 삼각파 발생장치를 보면, 앞에서 들어온 전압이{R _{f}} over {R1}의 비로 출력전압으로 나오는 것을 볼 수 있다.이와 마찬가지로, 발진 장치에서도 이와 같이 RC 회로에 의해서 29배 감소된 전압이 반전 단자에 입력으로들어오게 되고,{R _{f}} over {R1}의 비로 증폭이 되어서V _{sat} 에 가까운 값이 될 때 까지 증폭되는 것을 알 수 있다.따라서R _{f} 의 값이 클수록 기동시간이 작아져서 발진이 빨리 이루어지게 된다.vi. 실제 회로의 발진 특성과 simulation 결과를 비교하라.이론적으로는 커패시터가 대략 60DEG 정도 만큼의 위상차를 갖고 반전이 되어야 하지만, 실제적인 회로 구성혹은 시뮬레이션 모두 이상적인 opamp 가 아니라 실제적인 소자의 경우, 이러한 위상차라 완벽하게 일치하지는않는다는 것을 알 수 있었다. 또한 커패시터가 29배의 전압강하를 받지만, 실제적인 소자는 이상적인 것과 다르게 50 배 이상의 증폭비를 가져야 기동하고 또 발진이 된다는 것을 알 수 있었다.2. 고찰처음에는 발진회로는 비선형적인 개념과 동떨어져서 이루어지는 소자라고 생각했는데, 전에 실습했던, 구형파와, 삼각파 발생장치와 큰 개념은 비슷하다는 생각을 하게 되었다. 처음에 잡음과 같은 어떤 신호에 의해 신호가 구동되고, 그 신호가 직류 전원이 허락하는 값까지 증폭되어 일정하게 유지된다는 것은 거의 비슷하기 때문이다. 또, 커패시터라는 독특한 소자를 통해서, 위상차를 만들고, 반전 증폭기를 통해서 이같이 반전된 위상을 다시 반전시키고, 강하된 전압을 다시 충전하는 식으로 소자를 만드는 게 독특한 발생이라고 생각했다. 다만 수업시간에 들었던 것과 같이 커패시터, 인덕터와 같은 소자는 실상 opamp와 같이 이상적으로 이론값과 실제값이 딱 맞아 떨어지는 것은 아니므로, 제품과 사용 목적에 맞게 소자를 사용해야한다는 생각이 들었다. 또한 회로이론 충방전회로를 배웠던 시간부터 배웠던 RC회로는 굉장히 친숙한 회로라고 생각했는데, 전자회로 응용에서 로우 패스필터로 사용되는 것도 그렇고, 이렇게 발진기에서도 사용되는 것이 기존에 알고있던 것도

공학/기술| 2014.01.25| 5페이지| 1,500원| 조회(319)

MultiSIM, 전자회로 응용, phase shift oscillat

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