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아주대학교 화학실험 세미나 발표자료 실험2-1 질량,부피 및 온도 측정

화학실험 세미나 실험 2-1 질량 부피 및 온도 측정 2014. 3. 12. 수요일 목차 실험 목적 및 중요성 실험 원리 시약조사 실험절차 주의사항 참고자료 1 실험 목적 및 중요성 측정의 중요성 화학은 실험과학으로 과학적 관찰 ( 정량적 관찰 ) 로 부터 출발한다 . 정량적 관찰은 측정을 동반한다 . 실험의 목적 정밀도와 정확도 , 우연 오차와 계통 오차 들의 개념을 익히고 유효숫자의 의 미를 생각해 본다 . 물질의 질량과 부피를 직접 측정하여 얻은 밀도값의 정밀도와 정확도를 살펴보고 , 비중병을 이용한 간접적인 방법으로 얻는 밀도와 비교한다 . 온도계를 이용한 온도의 측정을 통해 측정값과 오차에 대해 알아본다 . 2 실험 원리 질량 어떤 물체에 포함되어 있는 물질의 양 . 질량은 장소에 따라 변하지 않는 값이며 무게는 장소에 따라 달라진다 . 부피 물체가 지니고 있는 외형적인 분량 . 온도 물체의 차고 뜨거운 정도를 수량으로 나타낸 것 . 3 두산백과 참조 실험 원리 정밀도 (Precision) 같은 양을 두 번 이상 측정할 때 그 측정값이 서로 얼마나 가까운가를 말한다 . 동일 조건에서의 측정 간의 차이는 우연 오차에 기인한다 . 우연 오차 (Random error) 수학적으로 계통적이 아닌 무질서한 오차이다 . 어떤 측정을 독립적으로 여러 번 반복하였을 때 나타나는 오차는 완전히 불규칙적이며 정규분포에 따르는 것으로 기대된다 . 원인 규명이 불가능한 오차이다 . 4 실험 원리 정밀도와 우연 오차 밀리칸의 전자의 전하를 측정한 실험 평균 표준편차 신뢰한계 5 측정수 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 4.915 4.920 4.937 4.923 4.931 4.936 4.941 4.902 4.927 4.900 4.904 4.897 4.894

자연과학| 2014.03.12| 20페이지| 1,500원| 조회(765)

화학실험, 질량, 아주대, 온도측정, 세미나, 부피, 실험2-1

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아주대학교 전자회로실험 설계3. OP-AMP-RC-FILTER 예비

설계3. OP-AMP-RC FILTER 설계1. 설계 부품MC1458 : CMOS Array ICs(2개)Resistors : 100KΩ(5개)Capacitors : 10nF(3개)2. 설계 이론1)통과대역 필터(BPF)ㅇ 통과대역 필터(BPF)- 원하는 특정 주파수대역내의 세력 만 감쇠없이 통과시키고, 나머지 주파수 세력은 감쇠시키기 위해 설계된 수동소자 또는 능동소자로 구성된 회로(필터)를 말함ㅇ 통과대역 필터의 스펙트럼 형태2)고역 통과 필터 (HPF, High Pass Filter)ㅇ 입력신호의 주파수 성분중에서 차단주파수(Cut-off Frequency) 보다 높은 주파수 성분만을 통과시키고, 그보다 낮은 주파수 성분은 가능한 한 저지3) 저역통과필터 (LPF, Low Pass Filter)ㅇ 저역 주파수 성분만을 통과시키는 필터(여파기)- 차단주파수(Cut-off Frequency) 보다 낮은 주파수 성분 만 통과- 적분기로도 알려짐3. 설계 예비1) 그림 13-2와 그림 13-3의 회로를 이용하여 second-order band-pass filter (BPF)를 설계하고 SPICE 시뮬레이션 하시오. 이 때의 사용된 op-amp의 gain은10 ^{6}V/V, fo=100kHz, 3dB-bandwidth=5kHz, center-frequency gain=1로 한다. Frequency response 특성을 그리고, center frequency, peak gain, 3dB bandwidth를 나타내시오.Frequency response 특성peak gain : 2.003V(158.135Hz에서) / 2V =1.00153dB bandwidth : 159.0399Hz2) 그림 13-2와 그림 13-3의 회로를 이용하여 high-pass filter(HPF) 를 설계하고 SPICE 시뮬레이션 하시오. 이 때의 사용된 op-amp의 gain은10 ^{6}V/V, fp=20kHz, Amax=1dB, fs=10kHz, Amin=15dB, dc gain=1로 한다. Frequency response 특성을 그리고, high frequency gain, 3dB bandwidth 를 나타내시오.Frequency response 특성high frequency gain : 2.31154V(1.38kHz에서) / 2V =1.153dB bandwidth : 434.5kHz3) 그림 13-2와 그림 13-3의 회로를 이용하여 low-pass filter(LPF) 를 설계하고SPICE 시뮬레이션 하시오. 이 때의 사용된 op-amp의 gain은 106V/V, fp=10kHz, Amax=1dB, fs=20kHz, Amin=15dB, dc gain=1로 한다.Frequency response 특성을 그리고, low frequency gain, 3dB bandwidth 를 나타내시오

공학/기술| 2013.12.05| 5페이지| 1,500원| 조회(247)

회로실험, 아주대학교, 예비보고서, 전회실

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아주대 전자회로실험 실험 4. 정궤환회로 예비

실험 4. 정궤환회로1. 실험 목적1, 2차 저역 통과 필터와 2차 고역 필터에 대해서 알아보고 실험을 통해서 이론을 확인한다.2. 실험 이론1) 수동필터 및 능동필터- 수동필터 : 저항, 커패시터, 인덕터로 구성된 것. 주로 고주파용(1 MHz 이상).- 능동필터 : 인덕터 크기가 커서 비경제적이므로 이를 대신하도록 저항, 커패시터, 연산증폭기로 구성된 것. 주로 저주파용(1 MHz 미만). 가격 저렴.2) 대역별 통과 특성에 따른 필터- LPF (Low Pass Filter,저역통과필터) : 저역 만 통과- BPF (Band Pass Filter,대역통과필터) : 정해진 통과대역 만 통과- HPF (High Pass Filter,고역통과필터) : 고역 만 통과- Band-stop Filter (대역소거필터,노치필터) : 정해진 대역 만 저지- All-pass Filter (전역통과필터) : 대역에 따라 선형적 위상 이동 만을 줌3)저역 통과 필터 & 고역 통과 필터저역 통과 필터는 고주파 성분들은 제거하고, 저주파 성분만 통과시키는 저주파통과(low-pass) 필터이다. 매우 낮은 주파수에서 인덕터(유도성 리액턴스 0)는 단락회로처럼 동작하고 커패시터(용량성 리액턴스 ∞)는 개방회로처럼 동작한다. 그러므로 출력 전압은 매우 낮은 주파수에서의 입력 전압 신호와 같다. 매우 높은 주파수에서 인덕터는 개방회로, 커패시터는 단락회로로 동작해 출력 전압은 0에 가깝게 된다. 위 그림(b)는 주파수에 따른 저역통과 필터의 이득의 관계를 보여준다. 전압이득이 1인 경우 이상적인 경우이고 주파수가 증가함에 따라 전압이득이 감소하게 된다. 전압이득이 0.707이 되는 주파수를 차단주파수라고 한다. 고주파통과(high-pass)필터는 그래프를 보면 알 수 있듯이 저주파통과 필터와는 반대로 고주파 성분들만 통과 시켜주는 필터이다.4) 데시벨(dB)소리의 세기는 오실로스코프와 같은 기구를 이용해서 객관적으로 측정 가능하다. 반면 소리의 감각적인 크기는 귀를 통해 뇌에서 느끼는 생리적인 감각이므로 사람마다 다르게 받아들인다. 그래서 기준음을 잡고 그에 비해 얼마나 더 큰가를 소리의 크기로 정한다. 일반적으로 사람이 느끼는 소리의 크기는 세기의 상용로그 값에 비례한다. 이것을 기반으로 기준이 되는 소리의 세기와 측정하려는 소리의 세기의 비 값을 상용로그 취해준 다음 10을 곱해서 얻어지는 값이 데시벨(dB)이다. 전압이득이 A=Vout/Vin 으로 정의될 때, 데시벨 전압 이득의 정의는 AdB=20logA[dB] 이다. 그림 5-1(b),(d)에서 차단 주파수에서의 전압이득 0.707을 전 수식에 의해 -3dB점으로 부른다.5) 능동필터능동필터(Active Filter)는 능동소자와 C, R에 의해 구성된 필터회로이며 OP-AMP를 사용하며 저주파 영역(10[kHz]정도 이하)에서 널리 이용된다. Active Filter는 본래 필터회로에서 인턱턴스(L)를 추방하기 위해서 생각된 것으로 저주파영역의 필터를 LC로 구성하고자 생각하면 큰 인덕턴스의 값이 필요하게 되어 코일(인덕터)의 형상은 크고 무겁게 되며 Q도 저하한다. 또한 코어에 사용하는 자성체의 비선형성의 영향이 나오기도 하고 코일의 누설자계에 의해 다른 회로에 잡음을 흩뿌리는 등 부적당한 점이 많이 있는데 이것을 능동필터로써 하면 코일에 관련된 이런 불편함을 제거할 수 있다. 또 C, R의 값을 바꿈으로써 필터의 특성을 바꿀수 있고 필터의 이득의 범위도 넓게 설정할 수 있는 등의 장점이 있다. 반면, 능동소자를 동작시키기 위한 전원이 필요한 것이나 능동 소자의 주파수 특성에 의해 취급하는 신호주파수 대역이 비교적 좁게 되는 등의 단점이 있다. Active Filter에서 취급하는 신호주파수의 대체적인 표준으로서는 범용 OP앰프를 사용한 경우 10[kHz] 이하, 고속 OP앰프를 사용한 경우에는 100[kHz] 이하 이다.6) 2차 저역 통과 필터차단 주파수를 넘어서면 전압이득이 6dB/octave로 감소해서 1차 저역 필터라고 하고, 차단 주파수를 넘어 전압 이득이 12dB/octave로 감소하면 2차 저역통과 필터 라 한다. 위의 회로는 2차 저역 통과 필터의 예로서, 저주파에서 2개의 커패시터가 모두 개방되어서 회로가 전압 플로어(voltage follower)로 동작한다. 주파수가 높아져서 차단 주파수에 도달하면 전압이득이 3dB가 되고 그 상태에서 주파수가 더욱 커지면 이득이 감소하게 되어서 2개의 캐패시터의 영향으로 이득이 감소하는 비율이 위의 필터보다 2배 빠르게 되어서 비율이 12dB/octave가 된다. 위의 회로에서 전압 강하 비율이 12dB/octave이므로, 차단 주파수는 'fo=1/(2π√(R1R2C1C2))' 이다.7)2차 고역 통과 필터2차 고역 통과 필터를 보면 저주파에서 커패시터들은 개방회로로 동작하고 전압이득은 거의 0이다. 고주파에서 커패시터들은 단락회로로 동작하고 주어진 회로는 전압 플로어로서 동작한다.3. 실험 시뮬레이션1) 실험 1 fVin, VVout, V이득 AAdB, dB100 Hz1110200 Hz10.9750.975-0.211500 Hz10.9410.941-0.4361 kHz10.8420.842-1.4832 kHz10.6150.615-4.2225 kHz10.3000.300-10.45810 kHz10.1550.155-16.306차단 주파수 : 전압 이득이 0.707 이 되는 지점의 주파수 = 약 1.5kHz~1.6kHz 사이

공학/기술| 2013.12.05| 6페이지| 1,500원| 조회(101)

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아주대 전자회로실험 실험 3 적분회로 예비

실험 3 적분회로1. 실험 목적미분기와 적분기의 동작을 이해한다.2. 실험 이론1) 미분기 : 입력 신호를 시간 영역에서 미분하여 출력하며, 주파수 영역에서는 일종의 고역 통과 필터미분기는 반전 증폭기의R_1`대신에 C를 대체한 것이다.회로에서 보면 입력이{1} over {2 pi RC} 보다 낮은 주파수에서만 미분기로 작동한다. 보다 높은 주파수에서는 전압 이득을 갖는 반전 증폭기가 된다.미분기로 동작할 때의 출력전압 식은v _{o} (t)=-CR {dv _{i} (t)} over {dt} 으로 나타 낼 수 있다.미분회로는 높은 주파수를 강화하는 현상을 가지고 있다. 이 성질은 회로에 쉽게 유도되는 높은 주파수의 잡음 신호를 강화하므로 사용을 기피하게 된다. 따라서 극히 제한된 응용을 제외하고는 사용되지 않는다.2) 적분기 : 입력 신호를 시간 영역에서 적분하여 출력하며, 주파수 영역에서는 일종의 저역 통과 필터미분기 회로에서 저항과 커패시터를 서로 바꾸어 놓으면 미분기의 역회로인 적분기 회로가 된다. 위의 회로에서 R1은 입력소자로 하고 C은 궤환소자로 한다.-저항은 적분 커패시터의 전압을 방전시키므로 실효 누설 저항-적분오차는 연산 증폭기의 개방 직류 이득에 반비례한다.-연산 증폭기의 입력 바이어스 전류에 의한 적분 결과의 오차는 연산 증폭기의 비반전 단자가 접지 사이에 저항 을 연결하여 두 입력 단자와 접지 사이의 저항을 균등하게 하므로써 감소한다.-입력 트랜지스터를 바이폴라 트랜지스터를 사용한 연산 증폭기는 비록 입력 바이어스 전류를 보상-온도, 시간, 그리고 전원 공급기의 전압 크기에 따른 변동이 크므로, 전계 효과 트랜지스터를 입력 트랜지스터로 사용한 연산 증폭기가 적분기용 연산 증폭기로는 보다 바람직하다-연산 증폭기를 사용하는 경우에는 입력 오프셋 전압만 보상하면 충분한 정확도가 보장될 수 있다-입력 바이어스 전류를 보상한 적분기에서 연산 증폭기의 입력 오프셋 전압을 사용한다.실제의 적분기 회로에서는 궤환 커패시터 C양단에 R3를 연결하여 회로의 저주파 이득을 제한한다. 이는 연산증폭기의 포화를 방지한다. 입력 바이어스 전류에 의한 전압은R _{2} (=R _{1} /R _{2} ) 를 연결하여 줄일 수 있다. 이 때 병렬저항R _{s}로 인해 저주파 이득이 제한을 받게 되므로 앞의 입출력 관계식은{1} over {2 pi R _{s} C}보다 높을 때만 유효하게 된다.f _{c}보다 낮은 주파수에서는 앞의 회로는 전압 이득이 다음과 같은 반전 증폭기가 된다.{V _{o}} over {V _{i`n}} `=`- {R _{s}} over {R _{1}}3. 실험 시뮬레이션- 실험 1 미분기1. 입력 삼각파의 VP-P전압을 1V, 주파수를 400Hz로 고정하고 출력을 측정하여 기록한다.2. 출력 파형의 ±VP-P를 측정하여 기록한다3. 출력 파형의 전압이 -인 주기와 +인 주기를 측정하여 기록하여라.미분기의 출력 식V _{o} =-R _{F} `C`` {dV _{i}} over {dt} 에서 알 수 있듯이, 출력전압은 입력전압의 미분값의 (-)이므로 입력전압의 기울기가 반대라는 것을 알 수 있다. 즉 입력이 -이면 출력의 기울기는 +, 입력이 +라면 출력의 기울기는 -가 됨을 볼 수 있다.

공학/기술| 2013.12.05| 4페이지| 1,500원| 조회(89)

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아주대 전자회로실험 실험 1 부궤환 회로 예비

실험 1. 부궤환 회로1. 실험의 목적1) 연산증폭기의 이득에 영향을 미치는 부궤환 루프의 영향을 실험적으로 이해한다.2) 반전 증폭기와 비반전 증폭기의 사용을 익힌다.2. 실험 이론1) 연산증폭기(OP AMP)연산증폭기는 출력단으로부터 입력단에 부궤환을 결어 응답특성을 외부에서 조절 가능케한 직결합된 차동선형 증폭기로서 매우 높은 이득을 갖는다.보통 비디오나 오디오에서 증폭기 그리고 발진기로 사용되는 등 통신분야에서 많이 사용되고 있다. Operational Amplifier의 줄임말로 연산증폭기를 의미한다. 차동증폭기로서 2개의 입력을 받아서 그 차이에 증폭을 해주어 하나의 출력으로 내보낸다. 즉, 두 단자의 전압을 뺄셈하여 증폭해 주는 역할을 하는 소자이다. 따라서 작은 전압(신호)을 큰 전압(신호)으로 증폭해 주는 용도로 많이 사용한다. OP Amp는 입력을 받는 단자인 비반전입력(V+ ; Non-inverted Input)과 반전입력(V_ ; Inverted Input) 그리고 출력단자(Vout)로 구성되어 있다. 차동증폭기라는 말은 반전입력단과 비반전입력단의 전압을 뺀 뒤 그 값을 개방전압이득(A ; Open loop gain)으로 곱한 크기로 출력한다.이상적인 OP AMP일 경우 다음과 같은 특징을 갖는다.- 무한대의 입력저항- 출력저항이 0- 동상모드 제거 (공통모드 이득이 0)- 개방루프이득 무한대- 대역폭이 무한대 (주파수 신도도 동일 이득으로 증폭)2) 궤환(feedback)궤환에는 부궤환(negative feedback)과 정궤환(positive feedback)이 있다. 부궤환은 동작상태를 안정화시키는 쪽으로 동작하는 반면, 정궤환은 동작상태를 불안정하게 하는 쪽으로 동작한다. 따라서 증폭기의 경우에는 부궤환을 채택하고, 발진기는 정궤환을 채택한다.?궤환의 장점- 소자의 파라미터가 변동할지라도 이에 따른 이득의 변동이 심하지 않다.이를 이득 둔감도(gain desensitivity)라고 한다.- 즉,소자가 가진 비선형에 기인된 왜곡을 감소시킨다.- 외부 간섭 신호에 대한 저항력을 가진다.- 대역폭이 확장된다.- 증폭기의 입력저항과 출력저항이 달라진다. 이는 응용분야에 따라서 장점이 될 수도 있고 단점이 될 수도 있다.- 이득이 감소된다. 이는 단점이다. 그러나 상기에서 언급된 장점을 얻기 위하여 이득이 희생되었음을 주목하여야 한다. 즉 부궤환이 가진 장점들은 이득의 감소를 감수 하면 서 얻어진 희생의 대가이다.3) 부궤환증폭기(Negative feedback amplifier)A는 주 증폭기의 증폭도이고, b는 궤환 회로가 가진 궤환량 또는 궤환지수이다. 그리고 가산기에서 합쳐지는 궤환 신호에 표기된 기호(-)는 부궤환을 의미한다.①부궤환 루프를 나타내는 연산증폭기 회로- 반전 증폭기이득 = RF / RR위 회로는 부궤환 루프를 사용하였고 반전 증폭기 이다. 출력은 증폭기에 부궤환을 제공하기 위해서 연산증폭기의 입력단에 궤환되어 있다. 입력신호는 반전 입력단에 가해지며 출력은 반전되어 나타난다. 출력이 반전되어 나타난다는 것은 입력의 위상과 출력의 위상이 서로 180도 차이가 나타남을 말하는 것이다.- 비반전 증폭기이득 = (1+RF/RR)위 회로는 비반전 증폭기를 나타낸 것이다. 즉, 입력신호는 비반전 입력단에 가해지고 궤환신호는 반전 입력단에 인가된다. 출력신호와 입력신호의 위상차가 나타 나지 않게 된다.- 연산증폭기의 이득 A가 무한이 크다고 생각한다면 출력전압은 궤환저항R _{f}/R _{r} 의 비에 비례한다. 반전 증폭기에서 궤환 저항R _{f}와R _{r}이 같다면, 이득 1인 인버터로 동작한다. 즉 위상반 반대가 되는 출력을 얻을 수 있는 것 이다. 또한 반전증폭기의 이득은R _{f}/R _{r}이므로 만약R _{f}가R _{r}보다 작으면 출력은 입력보다 작아진다.②가산기위 회로는 연산증폭기가 가산기처럼 사용 되었을 때의 회로이다.출력전압은 식처럼 나타나게 되고R _{f}와R _{r}이 같다면 출력전압은 입력전압의 합으로 나타나게 된다. 가산기라는 이름처럼 입력전압의 합이 더해져서 출력 전압으로 나타나게 되는 것이다.

공학/기술| 2013.12.05| 7페이지| 1,500원| 조회(174)

전자회로실험, 아주대학교, 아주대, 예비보고서, 전회실

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