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Wireshark을 이용한 무선랜의 Packet 분석

Wireshark을 이용한 무선랜의 Packet 분석1. 개념1) 프로토콜의 정의- 서로 다른 기기들 간의 데이터 교환을 원활하게 수행할 수 있도록 표준화시켜 놓은 통신 규약을 말한다.2) 프로토콜의 기본 요소 및 기능- 기본요소· 구문 (Syntax) : 전송하고자 하는 데이터의 형식· 의미 (Semantics) : 전송제어와 오류관리를 위한 제어정보를 포함· 시간 (Timing) : 두 기기간의 통신 속도- 기능· 단편화, 재조합 : 전송이 용이하도록 단편화해서 전송하고 수신측에서는 재조합· 캡슐화 : 송신측, 수신측 주소, 데이터 나눌때 번호 등 제어 정보 추가· 연결제어 : 연결확립, 데이터 전송, 연결해제 등 각 단계 제어· 순서결정 : 송수신 순서가 어긋나지 않도록 제어· 흐름제어 : 데이터 전송량, 전송속도 제어· 오류제어 : 전송도중 발생 가능한 오류 검출 및 정정· 동기화 : 연결된 노드 간 타이밍 조절· 주소설정· 다중화 : 하나의 통신선로를 다수의 노드와 데이터가 동시 사용 가능케 하는 기능3) OSI 7 계층과 TCP/IP 4 계층< OSI 7 Layer > < OSI 계층과 TCP/IP 계층 의 관계 >- OSI 7 계층· 물리 계층 : 물리적 전송매체와 순차적 운영 특성 기술· 링크 계층 : 물리층에 대한 접근방법 기술· 네트워크 계층 : 데이터의 주소와 경로의 통신 흐름제어· 트랜스포트 계층 : 데이터에 대한 에러와 순서 검사· 세션 계층 : 네트워크 연결의 생성, 관리, 소멸· 프리젠테이션 계층 : 응용 프로그램에 대한 데이터 표현의 기술· 응용 프로그램이 네트워크에 연결되는 방법과 서비스를 기술- TCP/IP 4 계층· 하부 데이터 통신망 : 이더넷과 FDDI등의 전송 매체의 접근 방법을 포함해 네트워크 사이의 데이터 전송의 순서를 기술한다. (NDIS or ODI, LAN Driver)· 네트워크 계층 : 데이터의 주소, 전송, 패킷의 분할과 복구· 트랜스포트 계층 : 세션의 초기화, 에러제어, 순서 검사를 포함한 데이터 경로와란 걸 거치게 된다. 클라이언트는 서버에 요청하고 서버가 응답 및 요청하고 다시 클라이언트가 응답하는 것을 핸드쉐이킹 과정이라고 한다.1. 두 시스템이 통신을 하기 전에, 클라이언트는 포트가 닫힌 Closed 상태며 서버는 해당포트로 항상 서비스를 제공할 수 있도록 Listen 상태이다.2. 처음 클라이언트가 통신을 하고자하면, 임의의 포트 번호가 클라이언트 프로그램에 할당되고 클라이언트는 서버에 연결하고 싶다는 의사 표시로 SYN을 보낸다.3. 클라이언트의 연결 요청을 받은 서버는 SYN Received 상태가 된다. 그리고 클라이언트에게 연결을 해도 좋다는 의미로 SYN + ACK 패킷을 보낸다.4. 마지막으로 클라이언트는 연결을 요청한 것에 대한 서버의 응답을 확인했다는 표시로 ACK 패킷을 서버에 보낸다.2. 무선 랜의 MAC 계층에서의 핸드쉐이킹 과정을 분석노트북을 통해 학교 내부 무선 인터넷망인 NESPOT에 접속하여 wireshark 프로그램을 통해 패킷분석을 했다.무선 네트워크에 접속과 동시에 Capture를 시작했으면 , 1~2분여 정도 무선랜의 packet를 분석하기 위해 네이트(http://www.nate.com)에 접속하여 웹서핑을 시작하였다.< 처음 무선랜에 접속했을 때 Capture한 그림 >위쪽에는 무선 랜에 접속했을 때 발생되는 패킷이 순서대로 Capture 되어 있으며 총 3개 중 맨 위쪽에 있는 부분은 접속 후 발생된 패킷의 시간, source, destination, protocol, length, info등의 정보를 확인할 수 있도록 되어 있다.중간 부분은 한 패킷에 대한 정보를 자세히 확인 할 수 있는 부분이다. 뒤에서 더 자세히 설명할 것이다.마지막은 위의 패킷정보가 모두 16진수로 표시되어 있다. 우측에 있는 기호는 아스키 코드로 되어 있다.핸드쉐이킹 과정을 Capture 한 부분이 아래 그림이다.< 핸드쉐이킹 과정을 Capture한 그림 >우선 클라이언트(source : 172.30.11.242)에서 서버(destin신호를 보냄으로 통신이 가능해진다.다음으로 171번에 있는 패킷에 대한 정보를 살펴보자.Frame이라 하면 최종적으로 데이터를 전송하기 전에 패킷에 Header(MAC address포함)와 CRC를 위한 Trailer가 붙은 메시지를 말한다.이름값비고Frame Number171171번째 FrameArrival TimeOct 13m 2011 16:55:09.89Frame 도착시간Epoch Time1318492509.8894119 seconds1970년 1월 1일 이후 지난 누적 초Frame Length66 bytes (528 bits)Frame의 길이Capture Length66bytes (528 bits)Capture의 길이Protocols in frameeth : ip : tcpFrame 안에 있는 Protocol 타입tcp.port80Tcp의 port 번호를 나타냄사용자가 충분히 볼 수 있는 정보를 나타내주고 있다.< Ethernet의 구조 >PreambleDestinationAddressSourceAddressTypeDataFCS8 6 6 2 46~1500 4Ethernet II의 대한 정보를 16진수로 표현했을 때 아래 음영이 들어간 부분을 나타낸다. 총 14byte를 나타낸다.이 부분에서는 source의 물리적 주소와 destination의 물리적 주소를 알려주고 있다.Protocol type은 0x0800으로 IP를 나타낸다.< 프레임 헤더 분석 >Type(Length)Protocol0x0000~0x05dcIEEE 802.3 data length0x0600XNS IDP0x0800IP0x0805X.25 PLP0x0806ARP0x8035RARP0x8137NetwareIPX0x8191NetBIOS수신된 프레임의 이 영역값이 0x0600이상이면 Ethernet II의 Type로 해석하고, 0x0600미만이면 IEEE 802.3의 Length 로 해석한다.< IPv4의 Header 구조 >(1) Version: 인터넷 프로토콜 버전으로 IPv4 일 경우 4,ice)를 지시하는 8비트 코드: 우선권(Precedence)필드(3비트), TOS(Type-Of-Service) 필드(4 비트), 예약 필드(1 비트): 우선권 필드는 패킷의우선순위 정의: TOS 필드는 최소 지연, 최대 처리량, 최대 신뢰성, 최소 비용을 나타내는 필드, 4비트 중 한비트만 1(4) Total Length : IP의 프로토콜 헤더에 계속되는 데이터도 포함한 IP 패킷의전체길이 (이더넷MTU 1500 byte): 옥텟으로나타낸 헤더와 데이터 필드를 포함한 전체 데이터그램의길이(5) Identification : 상위 계층으로부터 각 IP데이터그램을분별하기 위한 식별번호 (패킷이단편화 됐을 때사용하는 부분)(6) Flags : IP데이터그램이분할(Fragment)에 관한 정보를 나타냄: 첫 번째비트 ? 사용안함: 두 번째 비트 : Do not fragment: 세 번째 비트 : More fragment(7) Fragment Offset : 각 프래그먼트의원 데이터에 있어서의 위치를 바이트 단위로 나타냄(8) TTL : Time To Live의 약자로 통과가능한 라우터의남은 수를 나타냄, 라우터를경유할 때마다 이 값이 하나씩 줄어든다.: 데이터그램이폐기되기 전 인터넷에 얼마동안존속할 수 있는지를 지시하는 값.: 각 라우터에의해 감소된다. (값이 0이 되면 데이터그램은 폐기)(9) Protocol Type : 데이터에 포함되는 상위 프로토콜 (TCP:6, UDP:17)의 종류를 나타냄: 데이터그램과관련된 상위 계층 프로토콜을 식별: 1 = ICMP 메시지를 운반: 6 = TCP 세그먼트를 운반: 17 = UDP 사용자 데이터그램을운반(10) Header Checksum : IP 프로토콜 헤더 자체의 내용이 바르게 교환되고 있는가를 점검전송 도중 헤더가 손상되지 않았음을 보장하기 위하여 수신된 패킷내IP 헤더 자체를 검사하는데 사용.(11) Source IP Address : 발신지의 IP Address(12) Destination IP Addresdentification0x01e1 (481)IP datagram 식별번호Flags0x02IP datagram 분할 정보Time to live128통과 가능한 라우터의 남은 수ProtocolTCP (6)Protocol 종류Header check sum0x7b1b에러 확인< TCP 헤더 구조>(1) Source-Port : 송신지의 포트 번호(2) Destination-Port : 목적지의 포트 번호(3) Sequence Number : 송신 데이터의 일련 번호(4) Acknowledgement Number : 데이터가 몇 바이트까지 수신측에 도착했는지 수신측에서 송신측에 전달하기 위한 번호 데이터(5) Data Offset : 헤더의 길이로 해석(6) Reserved : 아직 사용하지 않음(7) Window : 수신측에서 송신측에 윈도우 사이즈(8) Urgent Pointer : 긴급 처리해야 할 데이터가 존재하는 곳의 위치에 대한 포인터 값Transmission Control Protocol에 관한 부분이 16진수에서 음영처리 된 부분을 나타내고 있다. Source port 번호는 49443이고, destination port 번호는 80(http)를 나타내고 있다. 처음 클라이언트가 요청하기 위해 [SYN] 패킷을 보내는 단계이고, 그렇기 때문에 sequence nubmer는 0을 나타내고 있다. 마지막에는 checksum과 option 부분이 있다.두 대의 컴퓨터로 메신저를 연결하여 영화파일을 전송해 보았다.< 영화를 전송할 때 Capture한 그림 >마지막에 Data(1460 bytes)가 전송되고 있는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 Window size value 값이 65464로 나왔다.3. Capture 된 패킷들의 포맷 분석- ARPARP는 Layer2 계측 이더넷 환경에서 목적지 IP주소에 대한 MAC address 변환 동작을 담당한다.< ARP의 헤더 구조 >- Hardware Type : 네트워크의 유형에 대한 정보- Protocol T가게 됨

공학/기술| 2011.11.20| 11페이지| 5,000원| 조회(856)

프로그램, 프로토콜, Wireshark, 와이어샤크, 데이터그램, packet. ..

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실험6. 선형 레귤레이터 회로 결과 평가A+최고예요

실험6. 선형 레귤레이터 회로(1) 그림 6-6의 회로를 결선하여라.(2) 제너다이오드 양단의 전압를 측정하여라.⇒(3) 출력전압을 계산하여라.⇒(4)을 측정하여 계산값과 비교하여라.⇒ 입력전압이 15V일 경우이 측정되었다.하지만 시뮬레이션 값은 12.312V가 나왔다. 이처럼 약간의 오차가 있는데 이는 제너다이오드의 내부저항, 회로에 사용된 저항, 연결 노드의 오차로 인해 발생한 것으로 생각된다.(5) TR의 베이스-에미터 전압을 측정하여라.⇒(6) TR의 베이스 전압을 측정하여라.⇒(7) 입력전압을 변화시켜가면서 출력전압을 측정하고 변화를 설명하여라.입력전압(V)(V)(V)(V)(V)15V하지만값이 5.37V에서 고정되어 입력전압을 변화시켜도 정확한 값을 확인 할 수 없었다. 제가 생각하는 원인으로는 제너다이오드의 동작에 문제가 있는 것으로 생각되었다. 회로를 다시 꾸미고, OP-amp, 제너다이오드, 저항 모두 바꿔봤지만 이 값에 변화가 없었다. 그리하여 시뮬레이션으로 대신 하였다.① 입력전압이 15V일 경우② 입력전압이 2.5V일 경우③ 입력전압이 5V일 경우④ 입력전압이 7.5V일 경우⑤ 입력전압이 10V일 경우⑥ 입력전압이 12.5V일 경우⑦ 입력전압이 17.5V일 경우⑧ 입력전압이 20V일 경우< 시뮬레이션 >입력전압(V)(V)(V)(V)(V)2.52.52.5250.9983.523555.0250.9986.0237.56.1337.5250.9988.523106.14410.02111.0212.56.15112.300.6612.96156.15612.310.6612.9717.56.16112.320.6512.97206.16512.330.6512.98전압이 15V일 때 계산값을 구해보면,(7) 입력전압을 변화시켜가면서 출력전압을 측정하고 변화를 설명하여라.⇒ 입력 전압이 12V보다 낮을 때에는 입력전압과 출력전압이 선형적으로 증가하는 것을 볼 수 있다. 그러나 12V 이상의 입력전압이 인가되면, 출력전압이 더 이상 증가하지 않는다. 이러한 입? 출력 전달 특성은 제너 다이오드의 영향에 따른 것으로 입력 전압이 약 12V 이상이 되면 제너다이오드의 양단의 전압로 거의 일정하게 유지된다. 연산 증폭기의 (-)입력 단자로 들어가는 전류는 0이므로,에 흐르는 전류는 곧에 흐르는 전류가 된다. 그러므로 출력 전압은 입력 전압에 관계없이 일정하게 유지되는 전류로 인해 전압이 일정하게 유지되게 되는 것이다.⇒ 이 회로에서는을 만들기 위해 정전압 특성을 가진 제너다이오드를 사용한다.OP-amp는 반전입력의 전압과 비반전 입력의 전압(reference voltage)이 같아질 때까지 출력전압을 변화시킨다. 선형 레귤레이터r에서 OP-Amp는 Negative Feedback으로 구성된 비반전 증폭기로 동작한다.전압이득은이고 출력전압은이다.식을 살펴보면 출력전압은 제너다이오드에서 공급되는 정전압인와 저항와에 의해서 결정된다는 것을 알 수 있다.이렇게와를 계속 비교하면서 출력전압을 조절하는데 결국와값이 같아질 때까지 Op Amp는 동작하게 된다.따라서 출력전압이의 값의배가 될 때까지만 입력전압을 증가시킬 때마다 출력전압이 증가가 되고, 출력전압이값의배가 되게 되면 그 이상은 증가가 되지 않고 일정하게 되는 것이다.(8) 그림 6-7의 회로를 결선하여라.⇒ 이번 회로도 역시 제너다이오드가 고정되어 정확한 값을 측정할 수 없었다. 하지만 15V로 했을 경우 전류가 측정되었다. 그렇기 때문에 15V인 경우에만 실험값으로 하고 나머지는 시뮬레이션 값으로 대체하였다.(9) 부하저항에 흐를 수 있는 최대전류를 계산하여라.최대전류를 계산하면(10) 전류값을 측정하여라.⇒ 측정한⇒ 이론값과 측정값 사이에 약간의 오차가 발행하였다. 오차의 원인으로서 실험에서 사용한 트랜지스터 때문이라고 생각한다. Simulation에서 보았던 이 소자의 특성이 실험에서 사용한 소자의 특성과 약간 다르고, 저항 값이 차이가 있어 오차가 발생하였다.2) SHUNT REGULATOR(11) 그림 6-8의 회로를 결선하여라.⇒ 이 실험 역시 결과 값이 정확히 나오지 않았다. 모든 부품을 교환한 후 다시 꾸며 봤지만 결과 값을 얻을 수 없었다. 그리하여 시뮬레이션으로 대체 하였다.(12) 입력전압을 변화시켰을 때 shunt 전류의 변화를 설명하라.⇒ 부하저항이나 입력전압의 변화로 인해 출력 전압이 저하되려 하면 저항에 의해 그 변화가 감지되고, op-amp의 출력전압을 줄여 TR의 컬렉터 전류(shunt 전류)를 줄이게 되고, 내부 컬렉터 이미터 저항을 증가시킨다. 이러한 작용으로 인해 출력전압의 저하를 막아 일정한 전압을 유지하게 된다. 출력전압이 증가하려고 할 때는 반대로 작용하여 전압을 유지시킨다.일정한 부하전류과 출력 전압을 가질 때, 입력전압의 변화는 shunt 전류의 변화를 일으키게 되고,의 관계를 만족하게 된다.일정한 입력전압과 출력전압을 가질 때 부하전류의 변화는 shunt 전류의 반대 변화를 일으킨다. 여기서 입력전압은 시뮬레이션 결과 12.5V가 되었다.(13) 부하에 흐를 수 있는 최대전류를 계산하여라.①일 때②일 때③일 때④일 때(14) 입력 전압을 변화시켜가면서 출력전압을 측정하고 변화를 설명하여라.입력전압(V)출력전압(V)2.52.5557.57.5101012.512.291512.3117.512.322012.33⇒ 입력전압이 0V~15V 로 증가함에 따라 출력 전압도 선형적으로 증가한다. 하지만 12.5V이상의 입력전압이 가해지면 그 이후로는 출력 전압이 거의 일정해 지는 것을 알 수 있다.그 이유는 입력전압의 변화로 인해 출력전압이 저하되려 하면 저항에 의해 그 변화가 감지되고, OP-amp의 비반전 입력으로 적용되기 때문에, 그 전압의 차이는 OP-amp의 출력전압을 줄여 TR의 컬렉터 전류를 줄이게 되고, 내부 컬렉터 에미터 저항를 증가시킨다. 이러한 작용으로 인해 출력전압의 저하를 막아 일정한 전압을 유지하게 되고 출력전압이 증가하려고 할 때는 반대로 작용하여 전압을 유지시키게 된다.이것으로 이 회로는 Shunt Regulator로 동작함을 확인한다.< 고찰 >이번 실험의 목적은 선형 레귤레이터의 종류인 series 레귤레이터와 shunt 레귤레이터의 기본 원리와 사용법을 익히는 것이다. 우선 series 레귤레이터의 회로를 구성하고 우선 입력전압을 15V로 걸어주고 나서,,,값을 측정해 보았다. 15V일 경우에는,,,으로 측정되었다. 이는 시뮬레이션과 약간의 오차가 발생하긴 했지만, 거의 일치한다고 볼 수 있었다. 하지만 문제는 입력전압을 1V에서 20V로 조금씩 변화 시킬 때 발생하였다. 제너다이오드에 의해 걸리는값이 5.37V로 고정되어 변하지 않았다. 이를 해결하기 위해 제너다이오드를 바꿔도 보고, OP-amp와 저항 그리고 트랜지스터를 바꿔가며 회로를 다시 구성해 보았지만 값을 변화 없었다. 이런 문제 때문에 부득이하게 시뮬레이션으로 대체하였다. 시뮬레이션의 결과값을 보면 입력 전압이 12V보다 낮을 때에는 입력전압과 출력전압이 선형적으로 증가하는 것을 볼 수 있었다. 하지만 12V 이상의 입력전압이 인가되면, 출력전압이 더 이상 증가하지 않는다. 이러한 입?출력 전달 특성은 제너 다이오드의 영향에 따른 것으로 입력 전압이 약 12V 이상이 되면 제너다이오드의 양단의 전압로 거의 일정하게 유지된다. 그 이유는 선형 레귤레이터r에서 OP-Amp는 Negative Feedback으로 구성된 비반전 증폭기로 동작한다. 전압이득은이고 출력전압은이다.식을 살펴보면 출력전압은 제너다이오드에서 공급되는 정전압인와 저항와에 의해서 결정된다는 것을 알 수 있다. 이렇게와를 계속 비교하면서 출력전압을 조절하는데 결국와값이 같아질 때까지 Op Amp는 동작하게 된다. 따라서 출력전압이의 값의배가 될 때까지만 입력전압을 증가시킬 때마다 출력전압이 증가가 되고, 출력전압이값의배가 되게 되면 그 이상은 증가가 되지 않고 일정하게 되는 것이다.두 번째로 그림 6-7의 회로를 구성하고 부하저항에 흐를 수 있는 전류를 측정해 보았다. 이번 회로도 역시 제너다이오드가 고정되어 정확한 값을 측정할 수 없었다. 하지만 15V로 했을 경우 전류가 측정되었다. 그렇기 때문에 15V인 경우에만 실험값으로 하고 나머지는 시뮬레이션 값으로 대체하였다. 15V일 때 부하저항에 흐르는 전류는 76mA로 최대전류의 계산 값인

공학/기술| 2011.01.11| 12페이지| 3,000원| 조회(163)

회로, 선형, 레귤레이터, 결과

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실험7. 삼각파 발생회로 결과 평가A+최고예요

실험7. 삼각파 발생회로1. 목 적연산증폭기를 이용한 비교기, 적분기의 동작을 기초로 한 구형파 및 삼각파 발생회로의 동작을 이해한다.2. 실 험(1) 그림 7-3의 회로를 구성하라.< 구형파, 삼각파발생기 회로 >< 위의 회로를 구성한 모습 >(2) 오실로스코프의 ch1과 ch2를 A1 및 A2의 출력단자에 접속하고 전원을 인가하라.(3) 오실로스코프에 나타난 각각의 파형을 그림에 각각 나타내고 다음을 측정하라.점의(측정값)(4) 출력파형의 최대전압 사이의 다음 식을 확인하라.(5) 전원을 끄고을과으로 하고 표에 기입하라.①일 때50.5m⇒이기 때문에 주파수⇒ 출력파형의 최대전압 사이이론값 :⇒ 이론값 :시뮬레이션실험값오 차(%)()29.606327.48()15.404163.725()467555.615.947②일 때50.5m⇒이기 때문에 주파수⇒ 출력파형의 최대전압 사이이론값 :⇒ 이론값 :시뮬레이션실험값오 차(%)()29.604327.488()7.5587-7.971()13141000-31.4③일 때51m⇒이기 때문에 주파수⇒ 출력파형의 최대전압 사이이론값 :⇒ 이론값 :시뮬레이션실험값오 차(%)()29.603327.49()22.643231.552()31935710.644실험값을 서로 비교해 본다면(실험값)(이론값)10321615555.64.73277.*************2.5357< 고 찰 >이 실험의 목적은 연산증폭기를 이용한 비교기, 적분기의 동작을 기초로 한 구형파 및 삼각파 발생회로의 동작을 이해하는 것이다.우선 위와 같은 구형파, 삼각파발생기 시험 회로를 구성하고 오실로스코프의 ch1과 ch2를 A1및 A2의 출력단자에 접속하고 전원을 인가한다. 이 회로에서 연산증폭기 A1이 슈미트 회로, A2가 적분회로로 구성되어 있는 것을 알 수 있다.슈미트 트리거는 입력신호의 형태와 관계없이 항상 구형파 출력을 발생한다. 파형이 주기적이고 진폭이 트립점을 통과할 수 있을 만큼 충분히 큰 한은 슈미트 트리거로부터 구형파 출력을 얻을 수 가 있다. 이 구형파는 입력신호와 동일한 주파수를 갖는다. 이때의 구형파는 적분기의 입력이 된다. 입력전압은 직류 도는 0인 평균치를 가지므로 출력의 직류 또는 평균치 또한 0이다. 램프파는 입력전압의 정(+)의 반사이클 동안은 감소하고, 부(-)의 반사이클 동안은 증가한다. 따라서 출력은 입력과 같은 주파수를 가지는 삼각파가 된다.그렇게 때문에 결과 파형을 보게 되면 구형파와 삼각파가 출력되는 모습을 확인 할 수 있다.일 때 오실로스코프의 파형을 통해 각각의 값을 측정해보면 32의 사각파와 16의 삼각파를 확인 할 수 있었다. 이 때 두 파형의 주파수는 서로 같다. 또와으로 바꾸어 실험을 하면서 표를 작성해 보았다. 그 표를 통해 결과를 확인해 본다면의 저항 값이 클수록 출력되는 삼각파의 peak to peak값은 점점 커졌고, 주파수는 점점 작아지는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 출력파형의 최대전압 사이의 공식을 통해 확인 할 수도 있었고,으로 정의되기 때문이다. 즉

공학/기술| 2011.01.11| 5페이지| 3,000원| 조회(151)

회로, 발생, 결과, 삼각파

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실험5. 능동 필터회로 예비

실험5. 능동 필터회로1. 목 적1, 2차 저역 통과 필터와 2차 고역 통과 필터에 대해서 알아보고 실험을 통해서 이론을 확인한다.2. 이 론필터는 주파수 대역의 일부를 통과시키는 것과 소거하는 것이 있다. 필터는 수동 또는 능동으로 구성할 수 있다. 수동필터(passive filter)는 저항, 커패시터 및 인덕터로 구성된다. 이것은 일반적으로 전력이득을 갖지 않으며 1이상에서 사용하고 동조를 취하기가 상당히 어렵다.능동필터(active filter)는 저항, 커패시터 및 연산증폭기로 구성된다. 이것은 일반적으로 전력이득을 가지고 1이하에서 유용하며 동조를 취하기가 비교적 쉽다. 필터는 필요한 신호와 불필요한 신호를 분리할수 있고, 간섭신호를 차단하고 음성과 영상의 질을 높이고 또한 신호를 변화 시킬 수 있다.1) 수동 필터저역통과 필터는 0에서 차단주파수까지의 모든 주파수신호를 통과시키고 차단주파수 이상의 모든 주파수 신호는 차단된다. 저역통과 필터에서 0과 차단주파수 사이의 주파수를 통과대역(passband)이라 하고, 차단주파수 이상의 주파수를 저지대역(stopband)이라고 한다. 통과대역과 저지대역사이의 급작스럽게 감소(roll off)하는 영역을 전환(transition)영역이라고 한다.,(부하저항) 여기서은 공진 주파수로 계산된다.가 크면 클수록 공진주파수에서의 전압이득도 더 증가한다.를 계속해서 감소시키면 공진피크는 사라질 것이다. 즉 0.707의에서 공진피크는 사라지고 통과대역은 최대평탄이 된다. 0.707이 되는 주파수를 차단주파수라 한다.고역통과 필터는 0에서 차단주파수가지의 모든 주파수 신호는 차단하고, 차단주파수 이상의 모든 주파수 신호들을 통과시킨다. 고역통과 필터에서 0과 차단주파수 사이의 주파수들은 저지대역이고, 차단주파수 이상의 주파수들은 통과대역이다.2) 데시벨(dB)전압이득은 출력전압을 입력전압으로 나눈 값이다. 즉이다.데시벨 전압이득(decibel voltage gain)은 다음과 같이 정의된다. 즉,이다.10 대신 20를 사용하는 이유는 전력이 전압의 제곱에 비례하기 때문이다.이 정의는 임피던스정합 시스템에 대해 중요한 의미를 지닌다. 만약 증폭기의 전압이득이 100,000 이라면 데시벨 전압이득은 다음과 같다. 즉,=100이다. 또을 나타낸다.3) 능동 저역 통과 필터저항, 커패시터 및 연산증폭기로 구성된다. 이것은 일반적으로 전력이득을 가지고 1이하 에서 유용하며 동조를 취하기가 비교적 쉽다. 능동 저역 통과 필터는 저주파에서 커패시터는 개방되고 회로는 다음과 같은 전압이득을 가지는 반전증폭기처럼 동작한다.이 된다.주파수가 증가함에 따라 용량성 리액턴스는 갓모하고 귀환지로의 임피던스도 감소한다. 이것은 전압이득이 적어짐을 의미한다. 주파수가에 접근함에 따라 커패시터는 단락되고 전압이득이 넓게 된다.차단주파수는이다. 이 필터는 공진주파수를 갖지 못하기 때문에 통과대역에 리플을 발생시키는 피킹을 발생시킬 수가 없다. 이것은 통과대역은 최대평탄하고, 저지대역은 모노토닉하며, 전환영역은 20의 비율로 감소함을 의미한다.< 능동 저역 통과 필터>4) 2차 저역 통과 필터두 개의 저항은 같은 값을 가지나 두 개의 커패시터는 서로 다른 것에 주의해야 한다. 비반전 입력에 지상회로가 있으나 동시에 두 번째 커패시터를 통하는 귀환로도 존재한다. 저주파에서 두 커패시터는 모두 개방되고 회로는 전압플로워처럼 전속된 연산증폭기 때문에 단위이득을 가진다.주파수가 증가함에 따라의 임피던스는 감소하고 비반전 입력전압도 감소한다. 동시에 커패시터는 입력신호와 동상으로 신호를 귀환시킨다.에 대해가 클수록 정귀환도 커진다. 이것은 회로에서의 증가와 같다. 만일가를 0.707이상으로 할 수 있을 만큼 충분히 크다면 주파수 응답에서 피킹이 나타난다.이고가 된다.< 2차 저역 통과 필터 > < 2차 고역 통과 필터 >5) 2차 고역 통과 필터이 회로는 저항과 커패시터의 위치가 바뀐 것이다.는 커패시터보다는 오히려 저항의 비에 의존한다. 저주파에서 캐패시터들은 개방회로로 동작하고 전압이득은 거의 0이다.참고자료 : MALVINO ELECTRONIC PRINCIPLES 전자회로 // ALBERT PAUL MALVINO // McGRAW-HILLhttp://blog.naver.com/bergkkamp?Redirect=Log&logNo=140065344568이고,가 된다.3. 시뮬레이션1) 1차 저역 통과 필터(1) 그림 5-5의 회로를 구성하라.< 1차 저역 통과 필터 >< 1차 저역 통과 필터 회로도 >(2) 저주파 함수발진기의 주파수를 100로 맞추고 여파기 입력의 신호 준위가 1가 되도록 진폭을 조정한다. 출력전압의값을 측정하여 표 5-2에 기록하라.(3) 주파수를 200로 맞추고 입력과 출력 전압을 측정하여 표 5-2에 기록하라.(4) 표 5-2에 기록되어 있는 다른 주파수 값들에 대해서 과정(3)을 반복하라.①일 때②일 때③일 때④일 때⑤일 때⑤일 때(5) 표 5-2의 주파수에 대한 전압 이득과 데시벨 이득을 계산하여 기록하라.< 전압 이득 >< 데시벨 이득 >주파수 (Hz)(V)(V)이득이득1000.990.990.998-17.679m20010.990.992-69.605m50010.950.953-415.616m1k10.8420.845-1.4675k10.2870.303-10.39310k10.1440.157-16.115(6) 차단 주파수를 측정하여 기록하라.< 이론값 >< 시뮬레이션 >시뮬레이션 결과를 보면 1값을 100Hz에서부터 10kHz까지 표에 나온 것처럼 증가시켜가며 출력 P-P값, 이득값, 데시벨 이득값을 구해본 결과 1kHz부터 급격히 출력전압 P-P값이 떨어지는 것을 확인 할 수 있었다. 이렇게 급격히 떨어지는 주파수를 차단 주파수라고 한다. 시뮬레이션 값은 1586.9Hz로 이론값과 거의 일치했다.이렇게 높은 주파수는 통과하지 못하고 낮은 주파수만 통과시키는 것을 저역통과필터라고 한다.2) 2차 저역통과 필터(7) 그림 5-6의 회로를 구성하라.< 2차 저역통과 필터 >< 2차 저역통과 필터 회로도 >(8) 저주파 함수발진기의 주파수를 100맞추고 필터 입력을 신호 준위가 1가 되도록 진폭을 조정한다. 출력신호의값을 측정하여 표5-3에 기록하라.(9) 표 5-3에 기록되어 있는 다른 주파수에 대한 입력과 출력 전압을 측정하라.①일 때②일 때③일 때④일 때⑤일 때⑤일 때(10) 표 5-3의 각 주파수 값들에 대한 전압이득과 데시벨 이득을 계산하라.< 전압 이득 >주파수 (Hz)(V)(V)이득이득1000.990.990.99-88.044m20010.9580.961-343.766m50010.7950.798-1.9511k10.490.496-6.0765k10.0420.038-28.42310k10.0070.01-40.167(11) 차단 주파수를 측정하여 기록하라.< 이론값 >< 시뮬레이션 >2차 저역통과 필터에서 100Hz부터 10kHz까지 시뮬레이션 해본 결과 처음은 이득이 1이였다가 점차적으로 감소하였다. 차단 주파수 즉, 여기서는 639.489Hz에 도달함과 함께 전압이득을 3dB 떨어뜨리고, 차단 주파수보다 주파수가 증가할수록 이득이 감소한다. 2차 저역통과 필터는 차단 주파수 이상의 주파수는 차단해 준다는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 이론값과 시뮬레이션 값에 오차가 발생했다. 실험을 통해 어느값이 맞는지 확인해 볼 것이다.3) 2차 고역 통과 필터(12) 그림 5-7의 회로를 구성하라.< 2차 고역 통과 필터 >

공학/기술| 2011.01.11| 17페이지| 3,000원| 조회(261)

능동, 예비, 필터회로

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실험5. 능동 필터회로1. 목 적1, 2차 저역 통과 필터와 2차 고역 통과 필터에 대해서 알아보고 실험을 통해서이론을 확인한다.2. 실험1) 1차 저역 통과 필터(1) 그림 5-5의 회로를 구성하라.< 1차 저역 통과 필터 >< 구성한 회로도>(2) 저주파 함수발진기의 주파수를 100㎐로 맞추고 여파기 입력의 신호 준위가 1가 되도록 진폭을 조정한다. 출력전압의값을 측정하여 표 5-2에 기록하라.(3) 주파수를 200㎐로 맞추고 입력과 출력 전압을 측정하여 표 5-2에 기록하라.(4) 표 5-2에 기록되어 있는 다른 주파수 값들에 대해서 과정(3)을 반복하라.①②③④⑤⑥⑦(5) 표 5-2의 주파수에 대한 전압 이득과 데시벨 이득을 계산하여 기록하라.< 시뮬레이션 >주파수 (Hz)(V)(V)이득이득1000.990.990.998-17.679m20010.990.992-69.605m50010.950.953-415.616m1k10.8420.845-1.4672k10.7230.622-4.1265k10.2870.303-10.39310k10.1440.157-16.115< 실험값 >주파수 (Hz)(V)(V)이득이득1000.950.95102000.950.920.968-0.2825000.950.90.947-0.4731k0.90.80.889-1.0222k0.950.60.632-3.9865k0.9250.30.324-9.78910k0.950.150.158-16.027(6) 차단 주파수를 측정하여 기록하라.< 이론값 >< 시뮬레이션 >< 실험값>이고,이므로그러므로 차단주파수는 1.6kHz이다.1차 저역 통과 필터는 실험결과와 같이 주파수가 높아질수록 이득이 점점 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 저역 통과 필터의 특징이다. 즉, 고주파는 차단하고 저주파만 통과하게 되는 것이다. 차단 주파수는 1kHz에서 2kHz사이에서 발생하였다. 정확히 측정하기 위해 이득이 0.707배 인 경우를 보니 1.6kHz에서 약 0.7배가 되는 것을 확인 할 수 있었다. 위의 측정값이 오차를 보이는 이저항 등 여러 가지 문제가 있을 수 있다.2) 2차 저역통과 필터(7) 그림 5-6의 회로를 구성하라.< 2차 저역통과 필터 >< 구성한 회로도>(8) 저주파 함수발진기의 주파수를 100㎐로 맞추고 필터 입력을 신호 준위가 1가 되도록 진폭을 조정한다. 출력신호의값을 측정하여 표5-3에 기록하라.(9) 표 5-3에 기록되어 있는 다른 주파수에 대한 입력과 출력 전압을 측정하라.①②③④⑤⑥⑦(10) 표 5-3의 각 주파수 값들에 대한 전압이득과 데시벨 이득을 계산하라.< 시뮬레이션 >주파수 (Hz)(V)(V)이득이득1000.990.990.99-88.044m20010.9580.961-343.766m50010.7950.798-1.9511k10.490.496-6.0762k10.2430.242-12.3245k10.0420.038-28.42310k10.0070.01-40.167< 실험값 >주파수 (Hz)(V)(V)이득이득1000.950.95102000.90.850.94-0.5375000.9250.750.811-1.821k0.9250.450.5-6.0212k0.950.250.263-11.6015k0.950.040.038-28.40410k0.950.020.021-33.556(11) 차단 주파수를 측정하여 기록하라.< 이론값 >< 시뮬레이션 >< 실험값>이고,이므로그러므로 차단주파수는 600Hz이다.2차 저역 통과 필터는 결과와 같이 고주파는 차단하고 저주파는 통과하는 것을 실험을 통해 이득을 확인해 본 결과 알 수 있었다. 1차 저역 통과 필터와 역할은 비슷하지만, 1차 저역 통과 필터일 때 보다 좀 더 필터링기능이 향상됨을 확인할 수 있다. 오차가 발생했는데 이러한 차이를 보인 이유로서 오실로스코프의 미세조정이 잘 안되고, breadboard내의 내부저항 때문에 이러한 오차를 보인 것으로 분석된다. 또한 16이 없어서 여러 저항을 직렬로 만들어서 사용했기 때문에 오차가 더 큰 것으로 생각된다.3) 2차 고역 통과 필터(12) 그림 5-7의 회로를 구성하라.(13) 저주파 도록 진폭을 조정하라. 입력 전압을 측정하여 표 5-4에 기록하라.(14) 저주파 함수 발진기의 주파수를 5㎑로 맞추고 입력 전압을 측정하여 기록하라.(15) 표 5-4의 다른 주파수의 값들에 대해서도 과정 (14)를 반복하라.< 2차 고역 통과 필터 >< 구성한 회로도>①②③④⑤⑥⑦(16) 표 5-4의 각 주파수에 대한 전압이득과 데시벨 이득을 계산하라.< 시뮬레이션 >주파수 (Hz)(V)(V)이득이득10010.010.01-39.9420010.0390.039-28.19350010.2020.202-13.9281k10.5070.503-5.9642k10.8040.802-1.9175k10.990.961-344.47m10k110.989-95.013m< 실험값 >주파수 (Hz)(V)(V)이득이득1000.950.020.021-33.5562000.9250.040.042-27.5355000.950.250.263-12.0411k0.90.450.5-6.0212k0.950.80.842-1.4945k0.90.850.944-0.50110k0.950.9510(17) 차단 주파수를 측정하여 기록하라.< 이론값 >< 시뮬레이션 >< 실험값>이고,이므로그러므로 차단주파수는 1.6kHz이다.2차 고역 통과 필터는 저주파는 차단하고 고주파를 통과하는 것으로 실험에서 확인 할 수 있듯이 고주파일 때 전압이득이 1에 가까움을 확인 할 수 있었다. 또한 차단주파수가 1.6kHz가 되는 것을 확인 할 수 있었는데 이는 계산 값과 많은 차이를 보이는 것을 확인 할 수 있었다.주파수가 매우 낮을 때는 이득이 매우 작으므로 출력파형에 노이즈가 심하게 생긴다. 이때 출력전압을 측정하면서 오실로스코프상의을 읽어서 이 노이즈에 대한 고려가 이루어지지 않았다.3. 고찰이번 실험의 목적은 1,2차 저역 통과 필터와 2차 고역 통과 필터에 대해서 알아보고, 실험을 통해서 이론을 확인하는 것이다. 1차 저역통과 필터에 대해서 알아보고 위해 그림 5-5와 같이 회로를 구성하고 입력전압이 1, 100Hz인 파형을 입력한다에서 200Hz, 500Hz, 1kHz, 2kHz, 5kHz, 10kHz로 천천히 올려가면서 파형을 모두 확인한다. 이를 통해서 이득을 확인할 수 있을 뿐 아니라, 차단주파수를 확인 할 수 있었다. 차단주파수를 보면 이론값으로는이고, 시뮬레이션에서는이다. 실험값 역시로 차단 주파수는 1.6kHz였다. 이론값과 실험값은 약간의 오차가 있었지만 일치하였다. 오차의 이유는 저항의 오차와 오실로스코프의 프로브 단자, 그리고 브레드 보드의 내부 저항으로 인한 오차를 생각할 수 있다. 1차 저역 통과 필터는 실험결과와 같이 주파수가 높아질수록 이득이 점점 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 저역 통과 필터의 특징이다.2차 저역 통과 필터는 그림 5-6의 회로를 구성하고 실험1과 같이 함수발진기를 통해 파형을 인가한다. 각 주파수 별로 입력과 출력의 파형을 통해 이득을 구해 보았다. 이때 차단주파수도 확인할 수 잇었다. 차단주파수의 이론값은이고 시뮬레이션을 통한 차단 주파수는였다. 실험을 통해 얻은 값은이고,이므로에서 차단주파수는 600Hz이다. 2차 저역 통과 필터는 고주파는 차단하고 저주파는 통과하는 것을 실험을 통해 이득을 확인해 본 결과 알 수 있었다. 1차 저역 통과 필터와 역할은 비슷하지만, 1차 저역 통과 필터일 때 보다 좀 더 필터링기능이 향상됨을 확인할 수 있다. 오차는 실험1과 같았고, 특히 저항의 경우 16을 만들기 위해 여러 저항을 사용했기 때문에 오차가 더 심해진 것으로 생각된다.2차 고역 통과 필터는 그림 5-7회로를 구성하고, 입력 파형을 위와 같은 방법으로 입력하였다. 결과을 오실로스코프를 통해 입력과 출력의 파형으로 확인해서 이득을 확인 할 수 있었는데, 고주파에서 이득이 1에 가까웠고 저주파로 갈수록 이득이 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 차단주파수를 보면 이론값은이고, 시뮬레이션값은이다. 하지만 실험값이이고,이므로인 차단주파수는 1.6kHz이다. 오차가 발생했는데 이는 저항과 오실로스코프와 브레드 보드의 내부저항으로 인한 오차로 볼매우 작으므로 출력파형에 노이즈가 심하게 생긴다. 이때 출력전압을 측정하면서 오실로스코프상의을 읽어서 이 노이즈에 대한 고려가 이루어지지 않았다. 이번 실험을 통해 1,2차 저역 통과 필터와 2차 고역 통과 필터에 대해서 알 수 있는 기회가 되었고, 실험과 시뮬레이션을 통해서 이론을 확인할 수 있었다.4. 결과보고서(1) 그림 5-5의 회로에서 100㎑의 주파수에서의 이론적인 전압이득은 얼마인가 표 5-2에서 측정한 전압이득과 오차가 생긴 이유를 설명하라.⇒에서 입력단으로 흐르는 전류와에 흐르는 전류위에 흐르는 두 전류가 같으므로∴위의 결과표에서 보면 알 수 있듯이 거의 정확하지만 미세한 오차가 있다는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 저항과 커패시터 그리고 오실로스코프와 파형발생기의 프로브 단자사이에서 생긴 오차로 볼 수 있다.(2) 그림 5-5의 회로에서 이론적인 차단 주파수는 얼마인가? 측정치와 이론치가 서로 다른 이유를 설명하라.⇒ 이론적인 차단 주파수는이다. 차단주파수는 전압이득이일 때의 주파수를 말한다. 즉, 이득이 0.707배 일 때의 주파수를 구해보면 실험을 통해 얻은 차단 주파수는 1.6kHz가 나왔다. 약간의 오차가 있긴 하지만 비교적 정확한 값이 나왔다고 볼 수 있다. 이는 정확히 이득이 0.707배 되는 곳을 측정할 수 없었기 때문에 오차가 발생하였다.(3) 그림 5-5의 회로에서 차단 주파수보다 큰 주파수 값들에서 전압이득은 얼마나 빨리 감소하는가? 표 5-2에서 5~10㎑ 사이에서 전압이득은 얼마나 감소했나?⇒ 차단 주파수에서 전압이득이 3떨어지면 이 주파수를 넘어서서는 전압이득이로 감소한다. 5~10kHz 사이의 주파수는 이론상으로 6정도 감소해야한다. 실험에서 보면 6.238감소했다는 것을 확인 할 수 있었다.(4) 그림 5-6의 회로에서 차단 주파수보다 큰 주파수의 값들에서 전압이득은 얼마나 빨리 감소하는가?⇒ 차단주파수를 넘어서는 주파수 대역에서 전압이득이 12또는 40로 감소한다. 또한 이득의 감소는 1차 여파기의 경우보다 2배.152

공학/기술| 2011.01.11| 16페이지| 3,000원| 조회(166)

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