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EXPERIMENT ac 6 Frequency Response of the series R C Network

< 결 과 보 고 서 >EXPERIMENT ac 6 : Frequency Response of the series R-C Network< 목 적 >직렬 R - C 회로의 임피던스의 주파수 효과를 실험을 통하여 알아보고, 직렬 R - C 회로에서 전압과 전류의 관계에 대해서 실험을 통하여 알아본다. 그리고 직렬 R - C 회로에서 입력임피던스와 주파수의 사이의 관계 및 페이저 각에 대하여 실험을 통해서 공부해본다.< Part 1,andversus Frequency >(a)Table 6.1Frequency0.1KHz3.96V0.32V0.3mA0.2KHz3.9V0.47V0.5mA0.5KHz3.1V1.01V1.1mA1KHz2.9V2.08V2.1mA2KHz2.5V3.13V3.1mA4KHz1.49V3.68V3.7mA6KHz1.02V3.89V3.9mA8KHz0.77V3.92V3.9mA10KHz0.66V3.92V4mA→ 계 산 과 정GRAPH 6.1(g) As the frequency increases, describe in a few sentences what happens to the voltage across the capacitor and resistor. Explain why.높은 주파수 영역에서는 커패시터의 리액턴스가 작아지므로 저항에 걸리는 전압 값은 작아진다.(h) At the point where, does? Should they be equal? Why? Record the level of voltage and the impedance of each element in Table 6.2.직렬 회로에서 커패시터의 리액턴스 값과 저항 값이 같으면 커패시터와 저항에 걸리는 전압 값은 같다.Table 6.22.82V976980Table 6.3Sum1.72V3.6V5.32VAre the magnitudes such that? If not, Why not? How are they related?가 위 경우에는 성립되지 않는다.GRAPH 6.2(k) How does the curve ofversus frequency compare to the curve ofversus frequency? Explain why they compare as they do.높은 주파수 영역에서는 커패시터의 인덕턴스가 낮아지므로 회로의 전체 저항 값은 작아지기 때문에 전류값(V=IR에서 I는 R에 반비례)은 커진다.(l)→ 계 산 과 정Table 6.4CalculatedTable 6.1Compare the values determined in Table 6.4.두 값은 약간의 오차가 발생하지만, 거의 일치한다고 볼 수 있다.(m)→ 계 산 과 정(n) At low frequencies, the capacitor approaches a high-impedance open-circuit equivalent and at high frequencies a low-impedance short-circuit equivalent. Do the data of Table 6.1 and 6.2 verify the above statement? Comment accordingly.그래프가 비선형적이므로, 커패시터의 인덕턴스는 주파수에 반비례한다.Table 6.5CalculatedTable 6.11.05V1.04V< Part 2versus Frequency >Table 6.6Frequency0.1KHz0.3mA13.3KΩ15.9KΩ0.2KHz1.4mA8.7KΩ8KΩ0.5KHz1.9mA2.1KΩ3.3KΩ1KHz2.1mA1.9KΩ1.9KΩ2KHz3.1mA1.3KΩ1.3KΩ4KHz3.7mA1.1KΩ1.1KΩ6KHz3.9mA1.03KΩ1.02KΩ8KHz3.9mA1.03KΩ1KΩ10KHz4mA1KΩ1KΩ(e) How do the magnitudes ofcompare for the last two columns of Table 6.6?두 값은 약간의 오차가 발생하지만, 거의 일치한다고 볼 수 있다.GRAPH 6.3(h) At which frequency does? Use both the graph and a calculation. How do they compare? Record the results in Table 5.7.→ 계 산 과 정Table 6.7GraphCalculation1.7KHz1.624KHz(i) For frequencies less than the frequency calculated in part2(h), is the network primarily resistive or capacitive? How about for frequencies greater than the frequency calculated in part 2(h)?저항값보다 커패시터의 인덕턴스가 큰 값을 가지게 되는 주파수에서는 resistive하고, 반대의 경우에서는 capacitive하다.Table 6.8Frequency0.1KHz-86.50.2KHz-830.5KHz-72.91KHz-58.42KHz-39.16KHz-22.110KHz-15.2100KHz-11.5(k) At a frequency of 0.1KHz, does the phase angle suggest a primarily resistive or capacitive network? Explain why.주파수가 0.1KHz일때에는 저항값보다 캐패시터의 리엑턴스가 크기 때문에, 캐패시터의 위상각이 거의 -90에 가깝다.(i) At frequencies greats than 2KHz, does the phase angle suggest a primarily resistive or capacitive network? Explain why.주파수가 2KHz일때에는 저항값보다 캐패시터의 리엑턴스가 작기 때문에, 캐패시터의 위상각이 0~-45사이의 값을 가진다.Table 6.9Calculated1.624KHz1.624KHz1.624KHzGRAPH 6.4How do the levels of frequency compare?실험결과, 위 주파수는 모두 일치한다.< EXERCISES >1. Given the network of Fig. 6.1 with, calculate the magnitude and phase angle of the input impedance and compare the results to those obtained experimentally in part 2(a)and calculated in Table 6.8.→ 계 산 과 정2. Given the network of Fig. 6.1 with, calculate levels of,, and(all peak to peak values) and compare to the measured values of Table 6.1.→ 계 산 과 정3. Using PSpice or multisim, obtain a plot ofandversus frequency for the network of Fig. 6.1. Compare the results to that of Graph 6.1.Attach all appropriate printouts.직접 실험을 통한 결과 값과, PSpice를 통해 시뮬레이션 한 결과 값은 거의 일치한다. 다만, 실제 측정에서는 여러 가지 오차가 발생하지만, 컴퓨터 시뮬레이션에서는 오차가 발생하지 않으므로 약간의 차이가 있지만, 두 결과 값은 거의 일치한다.< 실험에 대한 고찰 >이번 실험은 직렬 R - C 회로의 임피던스의 주파수 효과를 실험을 통하여 알아보았고, 직렬 R - C 회로에서 전압과 전류의 관계에 대해서 실험을 통하여 알아보았다. 그리고 직렬 R - C 회로에서 입력임피던스와 주파수의 사이의 관계 및 페이저 각에 대하여 실험을 통해서 알아보았다.무엇보다 오실로스코프를 사용하는 방법에 대해 구체적으로 실험을 통해 공부 할 수 있는 계기가 된 것 같아 뜻 깊었고, 오실로스코프 사용법에 대해 보다 구체적으로 많은 것을 실험을 통해 배울 수 있어서 보람 있었다. 하지만, 아직 오실로스코프 단자의 정확한 명칭과 사용법에 대해서 좀 더 공부하여 실험을 보다 매끄럽게 진행 할 수 있도록 노력해야 할 것이다.교류 전원의 회로에서 저항, 캐퍼시터의 값은 회로를 해석하는 가장 기초적이고도 중요한 과정인데, 평소 식으로만 외우고 해석하여서 그 원리는 잘 이해하지 못했었는데, 이번기회를 통해 원리와 이해를 하는데 많은 도움이 된 것 같다.

공학/기술| 2012.03.11| 10페이지| 3,000원| 조회(123)

Experiment, 기초전기, Frequency Response o, fre..

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EXPERIMENT ac 5 Frequency Response of the series RL Network

< 결 과 보 고 서 >EXPERIMENT ac 5 : Frequency Response of the series R-L Network< 목 적 >직렬 R - L 회로의 임피던스의 주파수 효과를 실험을 통하여 알아보고, 직렬 R - L 회로에서 전압과 전류의 관계에 대해서 실험을 통하여 알아본다. 그리고 직렬 R - L 회로에서 입력임피던스와 주파수의 사이의 관계 및 페이저 각에 대하여 실험을 통해서 공부해본다.< Part 1,andversus Frequency >(a)Table 5.1Frequency0.1KHz0.43V3.97V41mA1KHz2.18V3.38V34mA2KHz2.78V2.79V28mA3KHz3.21V2.34V24mA4KHz3.41V1.93V20mA5KHz3.58V1.61V16mA6KHz3.69V1.32V13mA7KHz3.84V1.15V12mA8KHz3.93V0.88V8mA9KHz3.96V0.68V7mA10KHz3.99V0.61V6mA→ 계 산 과 정GRAPH 5.1(g) As the frequency increases, describe in a few sentences what happens to the voltage across the coil and resistor. Explain why.인덕터에 걸리는 전압(V = ZI)은 인덕터의 임피던스가이므로 주파수에 비례하여 증가하고 저항에 걸리는 전압은 인덕터에 걸리는 전압이 증가함에 따라 감소한다.(h) At the point where, does? Should they be equal? Why? Record the level of voltage and the impedance of each element in Table 5.2.은 그래프상에서 찾아보면 약 2.8V이며, 이때 주파수는 2kHz이며, 전류가 28mA이다.따라서,,Table 5.22.8V125Ω100ΩAre the magnitudes such that? If not, Why not? How are they related?주파수 5kHz에서= 3.7V,= 1.5V 이므로, 두 크기의 합(5.2V)은 4V를 넘어가게 된다. 이것은 임피던스와의 합성저항을 통해 전압을 구할 때는 jwL이므로 저항과 임피던스의 크기를 구해줘야 하기 때문이다. 따라서 저항과 임피던스의 크기는 각각의 크기의 제곱의 합의 제곱근을 사용하여 구할 수 있다.Table 5.3Sum3.7V1.5V5.2VGRAPH 5.2(k) How does the curve ofversus frequency compare to the curve ofversus frequency? Explain why they compare as they do.그래프와 비슷한 곡선을 얻을 수 있으며, 이것은 옴의 법칙(V=IR)에서 V는 I에 비례에 하기 때문이다.(l)→ 계 산 과 정Table 5.4CalculatedFrom Table 5.1 data502495Compare values of.와의 값은 약간의 오차가 발생하였지만, 두 값은 거의 일치한다고 볼 수 있다.Table 5.5CalculatedMeasured3.66V3.58V→ 계 산 과 정(n) At low frequencies, the inductor approaches a low-impedance short-circuit equivalent and at high frequencies a high-impedance open-circuit equivalent. Do the data of Table 5.1 and 5.2 verify the above statement? Comment accordingly.실험 결과를 통해 알 수 있듯이, 인덕터는 낮은 주파수 영역에서는 인덕터가 short 된 것처럼 값들이 측정이 되며, 높은 주파수 영역에서는 인덕터가 Open 된 것처럼 값들이 측정된다.< Part 2versus Frequency >Table 5.6Frequency0.1KHz41mA98.74Ω98.20Ω1KHz34mA115.98Ω116.41Ω2KHz28mA145.19Ω149.36Ω3KHz24mA167.52Ω172.45Ω4KHz20mA203.11Ω209.76Ω5KHz16mA243.48Ω259.09Ω6KHz13mA296.97Ω309.52Ω7KHz12mA340.87Ω345.61Ω8KHz8mA445.45Ω452.12Ω9KHz7mA576.47Ω573.92Ω10KHz6mA642.62Ω635.92Ω(c)일 때,:, f=0 →= 0이므로이고, 따라서이다.(e) How do the magnitudes ofcompare for the last two columns of Table 5.6?각각 계산한는 약간의 오차가 발생하였지만, 두 값은 거의 일치한다고 볼 수 있다.GRAPH 5.3(h) At which frequency does? Use both the graph and a calculation. Record the results in Table 5.7.그래프상에서 살펴보면인 주파수는 약 1500Hz이다.식을 사용하여 계산해보면이므로 두 값은 거의 일치 한다고 볼 수 있다.Table 5.7GraphCalculation1500Hz1560HzHow do the results compare?두 값 (그래프의 값 1500Hz, 계산 값)은 약간의 오차가 발생하였지만, 두 값은 거의 일치 한다고 볼 수 있다.(i) For frequencies less than the frequency calculated in part2(h), is the network primarily or inductive? How about for frequencies greater than the frequency calculated in part 2(h)?실험을 통해 살펴보면, 작은 주파수 영역(약 1500Hz 이하)에서는 회로는 저항의 영향을 크기 받지만, 높은 주파수 영역(약 1500Hz 이상)에서는 회로는 인덕터의 영향을 크게 받는다.Table 5.8Frequency0.1KHz986.283.671KHz9862.8332.442KHz98125.6652.053KHz98188.5062.535KHz98251.3368.7010KHz98314.1672.68100KHz98376.9975.43(k) At a frequency of 0.1kHz, does the phase angle suggest a primarily resistive or conductive network? Explain why.실험을 통해 살펴보면, 작은 주파수 영역(약 1500Hz 이하)에서는 회로는 저항의 영향을 크기 받지만, 높은 주파수 영역(약 1500Hz 이상)에서는 회로는 인덕터의 영향을 크게 받는다.(l) At frequencies greats than 5KHz, does the phase angle suggest a primarily resistive or inductive network? Explain why.실험을 통해 살펴보면, 작은 주파수 영역(약 1500Hz 이하)에서는 회로는 저항의 영향을 크기 받지만, 높은 주파수 영역(약 1500Hz 이상)에서는 인덕터의 리액턴스가 증가하므로 회로는 인덕터의 영향을 크게 받는다.GRAPH 5.4Table 5.9Calculated1500Hz1560Hz1560HzHow do the two levels of frequency compare?이면따라서이다. 두 값은 약간의 오차가 발생하지만 거의 일치한다고 볼 수 있다.< EXERCISES >1. Given the network of Fig. 5.1 with, calculate the magnitude and phase angle of the input impedance and compare the results to those obtained experimentally in part 2(a)and calculated in Table 5.4.→ 계 산 과 정116.412. Given the network of Fig. 5.1 with, calculate levels of,, and(all peak to peak values) and compare to the measured values of Table 5.2.→ 계 산 과 정3. Using PSpice or multisim, obtain a plot ofandversus frequency for the network of Fig. 5.1. Compare the results to that of Graph 5.1. Attach all appropriate printouts.직접 실험을 통한 결과 값과, PSpice를 통해 시뮬레이션 한 결과 값은 거의 일치한다. 다만, 실제 측정에서는 여러 가지 오차가 발생하지만, 컴퓨터 시뮬레이션에서는 오차가 발생하지 않으므로 약간의 차이가 있지만, 두 결과 값은 거의 일치한다.< 실험에 대한 고찰 >이번 실험은 직렬 R - L 회로의 임피던스의 주파수 효과를 실험을 통하여 알아보았고, 직렬 R - L 회로에서 전압과 전류의 관계에 대해서 실험을 통하여 알아보았다. 그리고 직렬 R - L 회로에서 입력임피던스와 주파수의 사이의 관계 및 페이저 각에 대하여 통해서 알아보았다.무엇보다 오실로스코프를 사용하는 방법에 대해 구체적으로 실험을 통해 공부 할 수 있는 계기가 된 것 같아 뜻 깊었고, 오실로스코프 사용법에 대해 보다 구체적으로 많은 것을 실험을 통해 배울 수 있어서 보람 있었다. 하지만, 아직 오실로스코프 단자의 정확한 명칭과 사용법에 대해서 좀 더 공부하여 실험을 보다 매끄럽게 진행 할 수 있도록 노력해야 할 것이다.교류 전원의 회로에서 저항, 인덕터의 값은 회로를 해석하는 가장 기초적이고도 중요한 과정인데, 평소 식으로만 외우고 해석하여서 그 원리는 잘 이해하지 못했었는데, 이번기회를 통해 원리와 이해를 하는데 많은 도움이 된 것 같다.

공학/기술| 2012.03.11| 11페이지| 3,000원| 조회(136)

임피던스, 기초전기실험, Frequency Response o, AC, 아주대 ..

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설계 보고 설계2. CMOS OP AMP 설계

< 설 계 보 고 서 : 설계2. CMOS OP AMP 설계 >< 1. 설계부품 >◆ CD4007 : CMOS Array ICs(3개)◆ Capacitors : 0.1uF (1개), 10pF (1개)◆ Resistors : 220KΩ(2개), 100KΩ (2개), 1KΩ(1개), 1MΩ (1개), 100MΩ(1개)CD4007 Mos Array pin 구성도< 2. 설계 준비 사항 >그림 12-2의 회로를 참고하여 two-stage CMOS op amp를 설계하고 SPICE 시뮬레이션 하시오.이 때, 전원 전압은 VDD=-VSS=± 7.5 V 로 설정하고, 각 transistor 의 |Vt| = 1 V, k= 0.5 mA/V, l= 1/50 V 로 고려한다. 또 한, DC gain은 1000V/V로 한다.설계한 회로의 모든 소자 크기를 표시하고, 회로도와 시뮬레이션 결과, discussion을 첨부하시오.◆ 설 계 이 론- 2단 연산 증폭기? 1. 2단 연산 증폭기에서는 1단 연산 증폭기의 출력을 두 번째 단의 입력으로 사용하여 두 단에 걸쳐 증폭? 회로의 전체 이득 :? 이득이 1단 연산 증폭기 이득에 비해 매우 큰 값이므로 이는 2단 연산 증폭기의 강점< 2단 연산 증폭기 >? 주파수 pole :,여기서 증폭기의 이득이 0dB 까지 일정한 기울기로 감소하게 하려면 보상용 커패시터를 잘 설정하여 이득이 1이 되는 주파수가보다 작도록 해야 한다.< 2단 연산 증폭기 소신호 등가회로 >- 궤환 시스템의 안정도와 위상 margin궤환 시스템의 안정도를 얻기 위해서는 open loop의 이득이 1이 되는 주파수에서 위상 응답이 180°보다 작아야 한다. 그러나 2단 연산 증폭기의 경우 그림 7-3(a)와 같이 두 개의 pole이 가깝게 형성됨으로써 이득이 1이 될 때의 위상 응답이 거의 180°에 가까움을 알 수 있다.< 2개의 pole과 위상 margin >위의 그림을 살펴보면 두 개의 pole이 가깝게 존재하면가안에 존재하여 위상 margin은 매우 작아짐을 알 B)를 output (F)에 연결한다.c) C2=0.1uF 커패시터를 output (F) 과 GND 사이에 연결한다.- Measurement:a) 입력이 없을 때, node F 와 node E를 oscilloscope를 이용하여 측정해 보고증폭단이 안정적(stable)으로 동작하는지 검증하시오.b) Node A ~ G 의 DC 바이어스 전압을 측정하시오PSpice를 통한 CMOS OP AMP 설계 회로 시뮬레이션PSpice 시뮬레이션 통한 측정(E노드와 F노드)실제 오실로스코프를 통한 측정(E노드와 F노드)→ 실제 오실로스코프 측정 및 시뮬레이션 결과, 입력이 없을 때 node F 와 node E를 입력을 측정한 결과 1차 증폭단과 2차 증폭단의 전압출력은 안정적인 것을 측정 결과를 통해 알 수 있다.NODEABCDEFGV0V24.53mV2.813V677.4mV1.078V24.53mV13.16VPSpice를 통한 CMOS OP AMP 각 노드의 bias 전압 측정A node = 3[mV] ≒ 0[V]B,F node = 12[mV]C node = 2.694[V]D node = 2.069[V]E node = 2.670[V]G node = 7.33[V]NODEABCDEFGV0V12mV2.694V2.069V2.670V12mV7.33V실제 DMM을 통한 CMOS OP AMP 각 노드의 bias 전압 측정※ 실험값과 시뮬레이션 값 비교node실험값시뮬레이션값node실험값시뮬레이션값A node0[V]0[V]D node2.069[V]677.4[mV]B,F node12[mV]24.53[mV]E node2.670[V]1.078[V]C node2.694[V]2.813[V]G node7.33[V]13.16[V]→ 실제 오실로스코프 측정 및 시뮬레이션 결과, 다소 많은 오차가 발생함을 알 수 있다. 오차의 원인을 살펴보면, 첫째 Pspice의 소자값은 이상적인 값이라 전류와 전압이 이상적으로 출력되지만 실제 소자는 이상적이지 못하므로 소자마자 바이어스값에 차이가 있고, 도선에 걸려있없어서 100pF로 대체하였다.C1 제거전, 증폭단의 Closed-loop 구성을 한 Pspice 모델C1 제거전, 실제 오실로프코프를 통한 사각파 입력에 대한 출력 특성 측정C1 제거전, Pspice를 통한 사각파 입력에 대한 출력 특성 시뮬레이션→ 실제 오실로스코프 측정 및 시뮬레이션을 통해 사각파의 입력에 대해서 커패시터가 존재할 때 출력단의 전압을 시뮬레이션을 통해 그래프로 나타내었다. 사각파의 peak to peak 전압은 1V이며 출력전압의 peak to peak 전압은 7.5-4.1=3.4V이다. 그러므로 Closed-loop gain은 3.4V이다. 반면 시뮬레이션에서는 500mV/div로 측정한 결과 입력 node에서 980mV의 peak전압이 측정되었고, 출력 node에서는 340mV의 peak전압이 측정되었다. 그러므로 gain은 0.34이다. 시뮬레이션 값과 차이가 발생한것은 10pF의 커패시터를 100pF로 대체에 따른 영향임을 실험 결과를 통해 알 수 있다.- OVERSHOOTOvershoot의 정의 : Overshoot는 초기에 목표치를 제일 크게 벗어난 경우의 값을 말한다. 추가적으로 Hunting이 있는데 Hunting은 다른 말로 Oscillation 또는 Cycling으로 부르기도 한다. 이는 주기적으로 목표치를 벗어나는 현상을 뜻하며, 특히 On/Off 제어에서 많이 발생한다.OVERSHOOT→ 실제 오실로스코프 측정 및 시뮬레이션결과를 통해 살펴보면, overshoot는 신호가 들어오면 정상적으로 들어오지 않고 약간 더 증가했다가 안정되는 부분이 생긴다. 이상적인 값(안정되는 값)과 불안정한 값 사이의 차이가 overshoot이다. 따라서, 오실로스코프를 통한 측정값에서 output overshoot가 측정되었다. 계산해보면 220mV = 약 40mV의 overshoot의 값을 실험 결과를 통해 알 수 있다.C1 제거후, 증폭단의 Closed-loop 구성을 한 Pspice 모델C1 제거후, 실제 오실로프코프를 통한 사각파 알 수 있다.- OVERSHOOTOvershoot의 정의 : Overshoot는 초기에 목표치를 제일 크게 벗어난 경우의 값을 말한다. 추가적으로 Hunting이 있는데 Hunting은 다른 말로 Oscillation 또는 Cycling으로 부르기도 한다. 이는 주기적으로 목표치를 벗어나는 현상을 뜻하며, 특히 On/Off 제어에서 많이 발생한다.OVERSHOOT→ 실제 오실로스코프 측정 및 시뮬레이션결과를 통해 살펴보면, overshoot는 신호가 들어오면 정상적으로 들어오지 않고 약간 더 증가했다가 안정되는 부분이 생긴다. 이상적인 값(안정되는 값)과 불안정한 값 사이의 차이가 overshoot이다. 실제 측정을 통하여 이와 같은 특성을 갖는 그래프를 얻었다. 시뮬레이션에서 얻은 그래프와 모양은 비슷하지만 크기면에서 상당히 차이를 갖는 그래프이다. 측정한 이 입력과 출력 그래프에서는 overshoot가 관찰된다. 계산해보면 0.1450mV = 약 7mV이다. 또한 시뮬레이션 결과를 해석하면 출력단의 peak-to-peak 전압은 약 8.3V의 값을 나타냄을 실험 결과를 통해 알 수 있다.3) Open-loop Gain- Setup:a) R1=220kΩ, R2=100kΩ, C2=10pF으로 설정한다.b) Node F 로부터 node B 로 100 MΩ 의 feedback 저항을 연결하고,node B 쪽에 C=10 uF (tantalum) 커패시터를 ground로 연결한다.c) 입력에 10 kHz 의 sine wave 를 인가한다.- Measurements:a) 출력노드 F 에 1 Vpp 출력이 나오도록 입력을 조정한다.b) 주파수를 변화시키면서, upper 3dB frequency 와 lower 3dB frequency를 측정한다.c) Midband gain 을 측정한다.(만약, midband 영역이 매우 좁으면, Rf또는 C3를 증가시킨다.)d) RL=1MΩ 을 출력과 GND 사이에 연결하고 위의 a~c 과정을 반복한다.e) RL=100kΩ 을 연결하고 Vpp를 입력하면서 frequency를 1Hz까지 내리면 출력 전압이 1Vpp로 얻을 수 있었다.부하저항을 연결하지 않은 경우, 증폭단의 Open-loop 구성을 한 Pspice 모델→ 실제 오실로스코프 측정 및 시뮬레이션결과를 통해 살펴보면, midband gain을 측정해보았다. 위에서 보듯이 가운데 부분이 일정함을 확인할 수 있는데 이때 midband의 gain은에서 A=0.9903으로 구할수 있다. 이로써 이득은 0.9903으로 구할수 있으며 -3dB 값은 upper일때 203.092Hz, lower일때 12.879MHz 실험 결과를 통해 알 수 있다.2) RL=1MΩ 을 출력과 GND 사이에 연결출력 전압을 1Vpp로 맞추기 위하여 입력 Vsin파를 Vamp 0.5로 하여 Vpp를 1[V]로 맞추고 주파수를 0.5Hz까지 낮추어 1Vpp의 출력 사인파가 나오게 회로를 구성하였다.RL=1MΩ 을 출력과 GND 사이에 연결한 경우, 증폭단의 Open-loop 구성을 한 Pspice 모델→ 실제 오실로스코프 측정 및 시뮬레이션결과를 통해 살펴보면, upper, lower -3dB값을 구할수 있다. 이때 upper -3dB는 203.092[Hz]일때로 확인이 가능하며 lower -3dB frequency는 12.814[MHz]로 구할수 있다. 전압이득의 경우 을 이용하면 A=0.9903 실험 결과를 통해 알 수 있다.3) RL=100kΩ 을 출력과 GND 사이에 연결출력 전압을 1Vpp로 맞추기 위하여 입력 Vsin파를 Vamp 0.5로 하여 Vpp를 1[V]로 맞추고 주파수를 0.06Hz까지 낮추어 1Vpp의 출력 사인파가 나오게 회로를 구성하였다.RL=100kΩ 을 출력과 GND 사이에 연결한 경우, 증폭단의 Open-loop 구성을 한 Pspice 모델→ 실제 오실로스코프 측정 및 시뮬레이션결과를 통해 살펴보면, midband gain을 측정해보았다. 위에서 보듯이 가운데 부분이 일정함을 확인할 수 있는데 이부분이 midband이다. 이때 midband.

공학/기술| 2012.03.11| 14페이지| 5,000원| 조회(482)

등가회로, 아주대 전자회로실험, 증폭단 특성, CMOS OP AMP 설계, 증폭..

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설계 제안 설계3. OP-AMP-RC FILTER 설계

< 설 계 제 안 서 : 설계3. OP-AMP-RC FILTER 설계 >< 1. 설계부품 >◆ MC1458 : CMOS Array ICs(2개)◆ Resistors : 100KΩ (5개)◆ Capacitors : 10nF (3개)OP-AMP pin 연결 구성도 (MC1458)< 2. 설계 준비 사항 >◆ 설 계 이 론1) w=0 : 커패시터의 임피던스는 무한대이고, 개방회로로 동작한다. 따라서 입력과 출력전압은 같다.2) w 증가 : 저항의 임피던스에 비하여 커패시터의 임피던스는 상대적으로 감소하고, 전원 전압이 저항과 커패시터 임피던스 비로 나누어진다. 따라서 출력 전압은 전원 전압보다 작다.3) w=: 커패시터의 임피던스는 0이고 단락회로로 동작한다. 따라서 출력전압은 0이다.∴전달함수의 식 :,∴차단주파수와 시정수의 관계 :< RC 저역통과필터 >1) w=0 : 커패시터는 개방 회로로 동작하므로 저항에 흐르는 전류는 없으므로 출력전압은 0이다.2) w 증가 : 커패시터의 임피던스는 저항의 임피던스에 비하여 상대적으로 감소하고, 전원 전압이 커패시터와 저항에 분배되어 출력전압의 크기가 증가한다.3) w=: 커패시터는 단락 회로로 동작하고, 커패시터 양단의 전압은 없다. 따라서 입력전압과 출력전압은 같다.∴전달함수의 식 :,∴차단주파수와 시정수의 관계 :< RC 고역통과필터 >1) w=0 : 커패시터는 개방 회로로 인덕터는 단락회로로 동작한다. 커패시터에서 전류가 저항에 이르는 것을 방해하므로 출력전압은 0이다.2) w 증가 : 전원에 의하여 공급되는 전압은 인덕터와 커패시터에서 전압 강하가 발생하고, 저항에도 전압이 발생한다. 중심주파수를 대칭으로 양옆의 전압은 같다.3) w=: 커패시터는 단락 회로로 인덕터는 개방회로로 동작한다. 인덕터에서 전류가 저항에 흐르는 것을 방해하므로 출력전압은 0이다.∴전달함수의 식 :∴중심주파수 :< RLC 대역통과필터 >- Resonator전자파 또는 전기진동에 대한 공진기를 말한다. 전기 회로에서는 인덕터와 커패시터를 이키는 BPF가 설계된다.2nd order BPF Pspice 구성도Center FrequencyPeak gain3dB bandwidth159.211Hz0.9999158.412 HzPSpice를 통한 2nd order BPF 시뮬레이션(Frequency Response)→ 시뮬레이션 결과, 주파수 특성에서 볼 수 있듯이 약 98Hz~257Hz사이가 Bandwidth가 되며 center frequency에서 peak gain은 약 1인 것을 확인할 수 있다. 따라서, 설계한 BPF는 정상 동작함을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있다.◎ KHN biquad 회로를 이용한 BPF 설계KHN biquad 회로를 이용한 BPF Pspice 구성도Center FrequencyPeak gain3dB bandwidth158.489Hz0.9962157.63 HzPSpice를 통한 KHN biquad 회로를 이용한 BPF 시뮬레이션(Frequency Response)→ 시뮬레이션 결과, KHN biquad BPF의 주파수 특성을 보았을 때, Resonator 회로의 BPF와 특성이 거의 일치함을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있다.2) 그림 13-2와 13-3의 회로를 이용하여 high-pass filter (HPF)를 설계하고 SPICE 시뮬레이션 하시오. Frequency response 특성을 그리고 high frequency gain, 3dB frequency를 나타내시오.- high-pass filter를 설계해주기 위해선 고주파일 때 전압을 통과시켜야 하므로 저주파일 때 open되고 고주파일 때 short되는 커패시터의 성질을 이용하여 Resonator회로로 설계해 줄 수 있다. 등가회로의 K부분에 입력을 주고, A부분으로 출력을 하면 저주파일 시 gain이 0이 되고 고주파일 시 gain이 1이 되는 High-pass filter가 설계된다.HPF Pspice 구성도High Frequency gain3dB frequency1125.443 HzPSpice를 통한 HPFcy Response)→ 시뮬레이션 결과, KHN biquad Low-pass filter와 Resonator 회로로 설계한 low-pass filter와 같은 특징을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있다.< 3. 예비 설계 및 설계 결과 예상 (시뮬레이션) >- 회로 구성도그림 13-2 OP-AMP RC를 이용한 Resonator 회로그림 13-3 KHN biquad 회로1) Second-Order Band-Pass Filter (BPF) 검증-Setup:a) 그림 13-2의 회로를 이용하여 Band-pass filter회로를 구성한다.b) Band-pass filter의 입력을 신호발생기에 연결하고, 2Vpp의 sine wave를 인가한다.Second-Order Band-Pass Filter (BPF)- Measurementa) 입력 노드와 node A를 측정한다. 주파수를 변화시키면서 출력 peak-to-peak 전압을 측정하시오. 최대 출력전압(Vpp)를 구하고, 이 때의 주파수를 측정하시오.최대 출력 전압 (Vpp)주파수1.9999 Vpp158.922 Hz2Vpp입력에 대한 node A의 peak-to-peak 주파수에 따른 전압 변화→ 시뮬레이션 결과, 주파수 158.922Hz 일 때 Center frequency이며 이때의 이득은 1에 가까운 것을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있다.b) a)에서 측정한 최대 peak 값보다 3dB 감소(0.707) 하는 주파수를 측정하시오.3dB 주파수 (1.414 Vpp)98.647 Hz257.295 Hzc) Center frequency 와 Center frequency gain을 측정하시오.→ 시뮬레이션 결과, Center frequency 는 a)에서 측정했듯이 158.922Hz이며 그때의 이득은 1.999/2로 거의 1로 측정됨을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있다.d) 3dB bandwidth와 20dB bandwidth를 측정하시오.-20dB 주파수(20dB frequency는 이득의 1/10배가 되는 측정하시오.→ 시뮬레이션 결과, Center frequency 는 158.489Hz이며 그때의 이득은 1.9923/2로 거의 1로 측정됨을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있다.d) 3dB bandwidth와 20dB bandwidth를 측정하시오.-20dB 주파수(20dB frequency는 이득의 1/10배가 되는 0.2 Vpp)16.037 Hz1.58 kHz→ 시뮬레이션 결과, 3dB Bandwidth는 255.963-98.304 = 157.659Hz, 20dB Bandwidth는 1580 - 16.037 = 1563.963 Hz 측정됨을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있다.e) 공진회로의 Q를 구하시오.→로 resonator BPF와 같음을 확인할 수 있다.f) 주파수에 대한 magnitude response 측정 결과를 그래프로 그리고, 설계 시뮬레이션 결과와 비교하시오.주파수에 따른 magnitude response2) High-pass filter 검증-Setup:a) 그림 13-2의 회로를 이용하여 High-pass filter회로를 구성한다.b) HIgh-pass filter의 입력을 신호발생기에 연결하고, 2Vpp의 sine wave를 인가한다.2Vpp sin wave를 인가한 High-pass filter 회로- Measurementa) 입력 노드와 node A를 측정한다. 주파수를 변화시키면서 출력 peak-to-peak 전압을 측정하시오. 최대 출력전압(Vpp)를 구하고, 이 때의 주파수를 측정하시오.최대 출력 전압 (Vpp)주파수2.3085 Vpp224.906 Hz2Vpp입력에 대한 node A의 peak-to-peak 주파수에 따른 전압 변화→ 시뮬레이션 결과, PSpice 시뮬레이션의 그래프 모양은 정확한 High-pass filter의 특성을 보여주며, 최대 출력 전압은 2.3Vpp로 입력전압보다 조금 높아졌다가 시간이 지남에 따라 2V로 돌아오는 것을 확인할 수 있었다. 이 원인은 고주파에 접어들면서 커패시터가 short되고 인 sine wave를 인가한다.2Vpp sin wave를 인가한 High-pass filter 회로- Measurementa) 입력 노드와 node A를 측정한다. 주파수를 변화시키면서 출력 peak-to-peak 전압을 측정하시오. 최대 출력전압(Vpp)를 구하고, 이 때의 주파수를 측정하시오.최대 출력 전압 (Vpp)주파수2.2994 Vpp224.906 Hz2Vpp입력에 대한 node A의 peak-to-peak 주파수에 따른 전압 변화→ 시뮬레이션 결과, 최대 출력전압과 그 때의 주파수 모두 Resonator 회로와 동일한 특성을 보이고 있음을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있다.b) 주파수를 낮추어가면서 고주파 대역 출력보다 출력이 3dB 감소되는 주파수와 20dB 감소되는 주파수를 각각 측정하시오. 또한 이때의 phase를 각각 측정하시오.3dB주파수124.697 Hz20dB주파수49.171 Hz위상115.587˚위상160.323˚주파수에 따른 출력 전압 (log scale) & phasec) 주파수에 대한 magnitude response 측정 결과를 그래프로 그리고, 설계시뮬레이션 결과와 비교하시오.주파수에 대한 magnitude response 측정결과→ 시뮬레이션 결과, 3dB 주파수인 124.697 Hz 이후부터 이득이 1이 되는 High-pass filter의 특성을 잘 보여주고 있다. 따라서, 설계는 잘 이루어진 것을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있다.d) 입력에 square wave 신호를 인가한 후, 주파수를 변화시키면서 출력파형을 측정하시오.< 주기가 20ms 일 때 (주파수 50Hz 일 때) >< 주기가 10ms 일 때 (주파수 100Hz 일 때) >< 주기가 5ms 일 때 (주파수 200Hz 일 때) >< 주기가 1ms일 때 (주파수1kHz 일 때) >출력 파형이 주파수가 바뀌면서 어떻게 달라지는지 설명하시오.→ 시뮬레이션 결과, 사각파를 주파수를 변화시켜가며 입력했을 때 출력이 위와 같이 측정되었다. 100Hz 미만의 저주파에.

공학/기술| 2012.03.11| 23페이지| 5,000원| 조회(253)

아주대 전자회로실험, OP-AMP-RC FILTER 설계, resonator, RC 저역통과필터

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Experiment ac 4 Frequency Response of R, L, and C Components

< 결 과 보 고 서 >Experiment ac 4 : Frequency Response of R, L, and C Components< 목 적 >가청주파수대에서 저항의 레지스턴스가 주파수와는 관계가 없음을 실험을 통하여 증명하여 보고, 인덕터의 리액턴스가 증가하면 주파수도 선형적으로 증가함을 실험을 통하여 알아본다. 그리고 캐퍼시터의 리액턴스가 감소하면 주파수는 비선형적으로 증가함에 대해여 실험을 통해서 공부해본다.< Part 1 Resistors >Table 4.1FrequencyCalculation:Measurement:Calculation:50Hz4V1.414V1.47mA100Hz4V1.414V1.47mA200Hz4V1.414V1.47mA500Hz4V1.414V1.47mA1000Hz4V1.414V1.47mAUse the following space for your calculations. Based on the results of Table 4.1, is the resistance of the resistor independent of frequency for the tested range?실험 결과 주파수가 변화 하여도 저항은 항상 같은 값을 가진다.< Part 2 Inductors >Table 4.1Frequency50Hz4V1.67V66.41mA100Hz4V0.64V21.72mA200Hz4V0.33V13.32mA500Hz4V0.16V9.5mA1000Hz4V0.03V6.57mA→ 계 산 과 정(c) How do the measured and calculated values ofcompare?계산값과 측정값은 약간의 오차(계산값은 nameplate 를 사용)가 발생하였으나, 거의 일치한다.GRAPH 4.1(e) Is the resulting plot a straight line? Should it be? Why?그래프는 1차 함수(선형 비례) 그래프를 갖는다. 그 이유는 주파수에 비례해서 저항값이 커지기 때문이다.(f) Determine the inductance at 1.5kHz using the plot of part 2(d). That is, determine XL from the graph at f =1.5kHz, calculate L from L = XL/2πf and insert the results in Table 4.3.그래프에서 1.5 kHz 의값은 약 90이다. f = 1.5 kHz 일 때는,이다.Table 4.3909.55mH10mHCompart the nameplate valueto the calculated value.실험을 통해 계산한 계산값과 표식값은 약간의 오차를 보였으나, 거의 일치하였다. 그리고 측정값을 사용하여 실험을 하여 그 결과값으로 그래프를 그렸기 때문에, 실제 표식값과 거의 일치하는 결과를 얻을 수 있었다.< Part 3 Capacitors >Frequency100Hz4V23mV15.9k15.9k200Hz4V45mV8k8k300Hz4V62mV6.3k5.3k400Hz4V83mV4k4k500Hz4V105mV3.3k3.2k800Hz4V167mV2.1k2k1000Hz4V204mV1.6k1.6k2000Hz4V359mV0.8k0.8kTable 4.4(d) How do the results in the(measured) column compare with those in the(calculated) column?실험결과 측정값과 계산값은 약간의 오차(저항의 단위 변환 등에서 생기는 오차)가 발생하였지만, 두 값은 거의 일치한다고 볼 수 있다.GRAPH 4.2(e) In what frequency range does the greatest change inoccur?100Hz와 200Hz에서 가장 큰 변화가 일어난다.Is the graph linear or nonlinear?위 그래프는 비선형 함수다. 그 이유는의 값이 주파수에 반비례하기 때문이다.How would you compare the curve ofversus frequency to that ofversus frequency from part 2?는 주파수에 반비례하기 때문에 비선형함수로 나타나고은 주파수에 비례하기 때문에 선형함수로 나타난다.Table 4.5C (calc.)C (nameplate)→ 계 산 과 정How does the calculated level compare with the nameplate level?계산값과 nameplate가 같은 값을 가진다.< Part 4 Parallel Capacitors(Increase in Capacitance) >Table 4.6Frequency50Hz100Hz200Hz300Hz400Hz500Hz800Hz1000Hz2000Hz(f) How do the results in the(measured) column compare with those in the(calculated) column?주파수가 작을때에는 저항값이 크게 변화하기 때문에 계산값과 측정값이 차이가 많이 났지만, 주파수가 커질수록 저항값의 차이는 적게 나타난다.GRAPH 4.2(g) Plot(measured) versus frequency on Graph 4.2. How did the change (increase) in capacitance level affect the location and characteristics of the curve?주파수에 반비례하기 때문에값이 점점 감소한다.C (calc.)C (nameplate)Table 4.6→ 계 산 과 정How does the calculated capacitance level compate with the nameplate level?실험값과 측정값이 거의 일치하는 결과를 갖는다.< EXERCISES >1. In the experiment, the effect of an increase in capacitance on thecurve was investigated. Note the effect of an increase on thecurve. Increase the inductance of Fig 4.2 to 20mH and plot the curve ofversus frequency on Graph 4.1 for a frequency range of 0Hz to 10KHz. Be sure to label the curve and clearly indicate the plot points chosen. What was the effect on thecurve due to an increase in inductance?교류회로에서의 인덕터의 저항값은 인덕터의 크기에 비례하므로, 그래프의 기울기가 2배가 된다.2. Determine the level of C to establish the voltage levels of Fig. 4.4. Show all calculations and organize your work.→ 계 산 과 정저항에 흐르는 전류는이다.이다. 전류분배법칙에 의해서 20mA 의 전류는 두 개의 커패시터에 나뉘어 흐를것이다. 0.047uF 에 흐르는 전류는 구해보면이다. 이다. 그럼 C 에 흐르는 전류는 20mA - 7.53mA = 12.47mA(rms) 이다. 반대로 흐르는 전류를 통해 C 를 구해보면이다. 식을 정리하면 C = 0.078uF 이다.3. Determine the level of L to establish the voltage levels of Fig. 4.5. Again, show all required calculations and organize your work.→ 계 산 과 정저항에 흐르는 전류를 구하면이다.이므로 50mH 에 흐르는 전류는 구하면이다. 전류분배법칙에 의해서 L 에 흐르는 전류는 7.07mA - 2.7mA = 4.37mA(rms) 이다. 반대로 흐르는 전류는 통해 L 을 구해보면이다. 식을 정리하면 L = 30.88mH 이다.4. Attach all appropriate computer printouts.part2에서 그린 그래프와 유사하다. f = 1.5kHz 일 때는 약 90의 값을 가지는것을 확인 할 수 있다. 하지만 Pspice 에서는 DB scale 로 그려서 곡선의 그래프 가지지만 실제로는 직선이다.< 실험에 대한 고찰 >이번 실험은 가청주파수대에서 저항의 레지스턴스가 주파수와는 관계가 없음을 실험을 통하여 증명하여 보고, 인덕터의 리액턴스가 증가하면 주파수도 선형적으로 증가함을 실험을 통하여 알아보았다. 그리고 캐퍼시터의 리액턴스가 감소하면 주파수는 비선형적으로 증가함에 대해여 실험을 통해서 알아보았다.실험을 통하여, 평소 전공 시간에 공부하였던 이론적 지식을 실험을 통해직접 증명하고 알아보는 유익한 실험이었다. 특히 가청주파수대에서 저항은 주파수와는 관계없이 항상 일정한 값을 가지며, 주파수가 증가하면 인덕터의 리액턴스도 선형적으로 증가하며, 주파수가 증가하면 캐퍼시터의 리액턴스가 비선형적으로 감소한다는 사실은 평소 전공시간에 이론적으로 배워 이해하기가 매우 어려웠는데 이번 실험을 통하여 이해하는데 많은 도움이 된 것 같다.실험과정에서 큰 어려운 점은 없었고, 오실로스코프를 자주 사용하여서 이제 그 사용법이 많이 익숙해진 것 같다. 아직 조금 부족한 점이 있지만 조금 더 공부를 하여 실험 과정에서 중요한 오실로스코프를 자유 자재로 사용할 수 있도록 노력해야겠다.

공학/기술| 2012.03.11| 10페이지| 3,000원| 조회(132)

주파수, 저항, Experiment, Frequency Response o, 가..

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