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무선 채널 상태에 따른 트래픽 비교 분석(부제: 와이어 샤크(Wireshark; 이더리얼(Ethereal)의 새로운 버전)와 네트워크 스텀블러(Network Stumbler)를 이용한 무선 채널 상태의 비교)

[프로젝트] 무선 채널 상태에 따른 트래픽 비교 분석부제: 와이어 샤크(Wireshark; 이더리얼(Ethereal)의 새로운 버전이라고 보면 됨)와 네트워크 스텀블러(Network Stumbler)를 이용한 무선 채널 상태의 비교-. 와이어샤크(Wireshark): 와이어샤크(Wireshark)는 패킷캡쳐 프로그램이다. 무선 인터넷 을 할 때에는 AP(Access Point; 중계기라고 보면 편하다.)와 단말기가 TCP, IP, UDP 등과 같은 프로토콜을 통해서 정보를 주고받게 되는데 이 때 발생하는 정보의 패킷을 캡쳐하는 프로그램이 와이어샤크(Wireshark)이다.-. 네트워크 스텀블러(Network Stumbler: 넷스텀블러라고도 불린다.): 네트워크 스텀블러(Network Stumbler)는 무선 AP(Access Point) 를 스캐닝해주는 프로그램이다. 무선 AP의 신호의 세기, 채널, 보안, SSID 등의 내용을 그래픽을 통해서 직관적으로 알 수 있도록 도와주는 프로그램으로 보면 된다.[1] 실험 환경가. 실험 장소실험은 채널 상태가 좋은 경우와 그렇지 못한 경우로 나뉘어 진행되었다. 학교 내부에는 Netspot-Zone 이라고 하는 무선 인터넷이 가능한 지역이 형성되어 있으므로, 그 중 신호가 가장 잘 잡히는 곳 중의 하나인 도서관을 채널 상태가 양호한 곳으로 정해서 측정을 진행하였다. 다음으로는 채널 상태가 좋지 못한 곳을 설정해야 했는데, 직관적으로 무선이 잡히지 않는 지역인 Netspot-Zone 밖의 지역에서 측정을 진행하는 것도 좋지만, 이것보다는 무선이 잡히지 않는 환경을 임의로 만들어주는 것도 실험에 의미가 있는 것 같아서 후자를 선택하여 측정을 했다. 신호가 잘 잡히지 않는 환경을 만들기 위해 건물 1층에 있는 사물함을 비운 뒤 그 안에서 측정을 진행하는 것으로 했다. (실제로 신호의 수신 강도가 매우 약해지는 것을 확인했다.)나. 실험 장비 및 프로그램실험 장비는 개인 노트북을 사용하였다. 학부사무실에서 노트북을 빌렸으나 무[ Wireshark ]1) 노트북의 Netsopt을 실행하여 무선 네트워크를 노트북에 형성한다.2) Wireshark를 실행하여 다음과 같은 Capture Interface 설정창의 Option 버튼을 누른다.2) 아래 그림과 같이 Display Option과 Name Resolution을 설정해준 후 Start버튼을 누른다.3) Wireshark가 실행되는 동안 별도로 정보를 주고받지 아니하고 1분간 측정을 진행하였다. 여기서 정보를 주고 받지 않은 이유는 채널의 상태를 볼 때 외부요인이 작용하지 않도록 하기 위해서였으며, 두 번의 측정 모두 1분간의 측정을 한 이유는 동일한 조건에서 실험환경만 달리한 채 얻게 되는 결과물을 도출하기 위해서였다.4) Stop 버튼을 눌러 측정을 멈춘 후, 캡쳐된 내용을 저장하고 측정을 완료했다.[ Network Stumbler]1) 노트북의 Netspot을 실행하여 무선 네트워크를 노트북에 형성한다.2) Network stumbler를 실행하면 바로 측정이 시작된다.3) 실험은 대략 5~10분 정도로 진행하였다. 네트워크의 채널상태를 확인하는 것이므로 동일한 환경을 유지한 채 일정 시간을 측정하고, 그에 따른 결과를 얻어낼 수 있었다. 단, 이 프로그램을 사용한 측정에서는 패킷의 양을 보는 것이 아니라 전체적인 채널 상태를 보는 것이기 때문에 측정하는 시간이 동일할 필요는 없었고, 다만 일정시간을 지속해주는 정도로 실험을 진행하였다.4) 완료된 실험 내용을 저장하고 측정을 종료하였다.[3] 측정결과 분석[ Network Stumbler를 이용한 측정 및 분석 ]1) 채널상태가 양호한 경우위의 그림은 형성된 채널과 채널 내의 무선 네트워크의 세부 내용에 대한 내용이다. 여기서 살펴볼 내용은 형성된 채널이 5번과 6번을 제외하고 1,2,3,4… 와 같이 바로 인접한 채널이 형성되지 아니하였다는 점이다. 그렇게 될 경우 채널 간 Interference가 발생하기 때문에 채널을 형성할 때 인접 채널과 간섭이 적은 채널들이 잡힌 것00300D1D8DAF 네트워크였으며 다음과 같은 파형으로 나타났다. (캡쳐한 화면에는 설정된 네트워크에 색깔이 표시되지 않으나, Network Stumbler를 실행시키는 동안에는 네트워크의 채널 상태가 좋고 나쁨이 표시가 된다. 네트워크 상태가 가장 좋은 경우 초록색으로 표시되는데, 특히 자신의 노트북에서 사용하고 있는 네트워크는 Bold체(진하게)로 표시된다. 실험 시에 이를 별도로 체크해두었기 때문에 노트북에서 사용하던 네트워크를 구분할 수 있다.)그런데, 시간이 지난 후, 채널이 약간 불안정한 부분이 있었다. 그래서 전체적인 네트워크의 신호수신강도가 높음에도 불구하고, 채널이 한차례 바뀌게 되었다. 바뀌게 된 파형의 네트워크는 9번 채널의 00300D1E8FBF 네트워크였으며 파형은 다음과 같았다.여기서는 채널이 초반에 약간 불안정한 모습이었기 사용되지 않다가 중반부터 안정적으로 동작했기 때문에 두 번째 네트워크로 사용된 것으로 생각된다. SNR이 45정도로 가장 좋은 네트워크가 있었지만, 이 두 가지 네트워크가 사용된 것은 노트북이 최초에 안정되고 좋은 채널을 선택하기 때문으로 생각된다. 만약 두 번째로 형성된 네트워크도 시간이 지남에 따라 불안정한 양상을 나타낸다면 SNR이 45인 네트워크로 옮겨갈 수도 있을 것이라 생각한다.형성된 채널의 SNR이 가장 좋은 경우와 가장 나쁜 경우를 비교해 보았다.2) 채널상태가 좋지 못한 경우채널상태가 좋지 못한 경우, 전체적으로 형성된 무선 네트워크가 채널상태가 양호한 경우보다 눈에 띠게 적음을 알 수 있다채널의 경우도 1, 5, 9, 157 로 네 개만 잡혔으며, 그 안에서 형성된 네트워크의 수도 채널상태가 양호한 경우에 비해 절반도 안됨을 알 수 있다.여기서도 채널이 좋은 경우와 마찬가지로 채널이 간섭을 피하기 위해서 일정 간격 이상이 떨어져 있음을 알 수 있다.위의 그림에서 우측의 1, 2, 3번은 순서대로 채널의 SNR이 좋은 경우를 나타낸 것이고, 4번은 SNR이 가장 나쁜 경우를 표시한 것이다. 여기는 사물함의 문을 열었을 때의 SNR 강도를 나타낸다. 실험의 상태를 관찰하기 위해 사물함의 문을 살짝 열었는데 그 때 신호의 강도가 급격히 강해지는 것을 확인할 수 있었다. 사물함의 문을 조금 열었을 뿐인데 신호의 세기가 급격히 달라지는 것으로 보아, 무선 환경에서는 약간의 넓은 공간만 확보된다면, 신호의 강도를 더욱 강하게 만들 수 있게 됨을 알 수 있었다.[ Wireshark를 이용한 측정 및 분석 ]1) 채널상태가 양호한 경우위의 그림은 Wireshark (Ethereal)로 패킷을 캡쳐하는 화면이다. UDP가 총 303, ARP가 총 519 정도가 소요되었음을 알 수 있다. UDP가 인터넷에서 정보를 주고받을 때, 서로 주고받는 형식이 아닌 한쪽에서 일방적으로 보내는 방식의 통신 프로토콜임을 의미하므로, 303개의 패킷을 일방적으로 받았음을 의미한다. 반면 정보를 보내는 쪽과 받는 쪽이 서로 의사소통을 할 수 있도록 설계된 통신 프로토콜인 TCP의 경우는 1개의 패킷이 발생했는데, 이렇게 두 가지의 요소가 큰 차이가 나는 이유는 노트북을 켜 둔 채 인터넷 상으로 아무런 정보도 공유하지 않았기 때문에 TCP가 별로 필요치 않기 때문이다. 인터넷 환경에서 주소를 찾기 위해 제공되는 프로토콜인 ARP의 경우는 519개의 패킷이 발생했음을 알 수 있다.전체 패킷의 캡쳐된 화면은 아래와 같다. 패킷의 전송과정은 전반적으로 양호함을 알 수 있다.또한 아래는 전체적으로 진행된 내용을 한 눈에 살펴볼 수 있는 Summary 를 나타낸다. 위의 를 나타내는 경우보다 약간의 Delay가 있음을 경과 시간(61.444 sec)과 Total 캡쳐 양(913 Packets)을 통해서 알 수 있다. 하지만 전체적인 측정에 필요한 부분은 아래의 그림이 더욱 정확한데, 이유는 아래의 그림은 측정이 완료된 이후의 데이터를 의미하기 때문이다. 여기서 눈여겨 보아야 할 부분은 Avg. Packets/sec 인데, 여기서는 14811(Avg. Packets/sec) 정도가 나왔다. 자세 보내도 되기 때문에 303 패킷 정도가 소요되게 된다. ARP의 경우, 채널이 좋은 경우에 비해 절반 정도로 줄어든 것을 확인할 수 있는데, 이는 인터넷 환경에서 주소를 찾기가 더욱 어려워졌기 때문인 것으로 생각된다.전체 패킷의 캡쳐된 화면은 아래와 같다. 패킷의 전송과정은 전반적으로 좋지 않음을 알 수 있다. 검은 색 라인으로 표시된 부분은 “continuation or non-HTTP traffic”을 나타내는데, 여기서 패킷에 대한 상세 부분 (붉은색 박스 영역)을 살펴보면, Bad Check-sum 부분에 True로 표기되어 있으므로, 패킷이 정상적으로 동작하고 있지 않음을 알 수 있다.또한 아래는 Summary 를 캡쳐한 화면이다. 채널이 양호한 경우와 마찬가지로, 위의 를 나타내는 경우보다 약간의 Delay가 있음을 경과 시간(66.353 sec)과 Total 캡쳐 양(1832 Packets)을 통해서 알 수 있다. 여기서 Avg. Packets/sec 는 27610(Avg. Packets/sec) 정도가 나왔다. 채널 상태가 양호한 경우인 14811(Avg. Packets/sec) 보다 훨씬 많은 양의 데이터 흐름이 있음을 알 수 있는데, 이는 아마도 채널상태가 좋지 못한 경우에 그렇지 않은 경우보다 많은 UDP가 송신되어 채널연결을 유지시키기 위한 것으로 생각된다.마지막으로 아래 그림은 Expert Information 에 대한 사항인데, 여기서 Error가 1개 (Bad Checksum 100회), warning이 3개 (Unreassembled Packet 4회, Out-of-Order Segment 25회, Previous Segment Lost 18회), Note가 3개 (Duplicate ACK 3회, Retransmission 45회, Keep Alive-Ack 1회) 로 채널 상태가 좋지 못하다는 것을 확인할 수 있다.[4] 무선 채널 상태에 따른 트래픽 비교 분석을 마치고…측정은 원만하게 마무리 되었다. 초반에 채널 상태를 나쁘게

공학/기술| 2007.12.29| 18페이지| 3,000원| 조회(2,895)

Wireshark, 이더리얼, 와이어샤크, 네트워크스텀블러, Network St..

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STA를 이용한 MOSFET의 등가회로 변수 추출 (레벨 1 모스펫 모델) (STA: Semiconductor Test and Analyzer - 반도체소자분석기)

[결과 보고서]-. 제목: STA를 이용한 MOSFET의 등가회로 변수 추출 (레벨 1 모스펫 모델)(STA: Semiconductor Test and Analyzer - 반도체소자분석기)1. 실험 목표이 실험에서 사용하는 레벨 1 MOSFET모델(Level 1 Mosfet Model)에 대하여 숙지하고, STA(Semiconductor Test and Analyzer - 반도체소자분석기)를 이용하여 MOSFET 의 DC특성을 측정하고 레벨 1 MOSFET 모델(Level 1 Mosfet Model)의 스파이스 등가회로 변수를 추출한다.2. LEVEL 1 MOSFET 모델을 이용한 추출실험에서 사용하는 LEVEL 1 MOSFET 모델은 트랜지스터의 동작원리를 간단한 몇 가지의 벼수로서 기술한다. LEVEL 1 MOSFET 모델은 해석적으로 MOSFET이 내장된 회로를 분석하는데 주로 사용한다. LEVEL 1 MOSFET 모델 이외에도 LEVEL 2,3 등 다양한 변수 추출모델이 존재하지만 그 중에서도 LEVEL1 MOSFET 모델이 가장 직관적이면서 간단한 원리로 해석될 수 있는 특징이 있다.3. 중 실험에서 추출한 LEVEL 1 MOSFET DC ParametersLEVEL 1 MOSFET 에서 얻어낼 수 있는 DC Parameters 중에서 실험에서 실제로 추출한 Parameters을 정리해 보았다.모델 변수내용단위기본값실험에서의 추출여부 및 표본변수 값VTOZero-bias 문턱전압V0O (0.8V)KPTransconductance 계수A/V22E-5O (3E-5 A/V2)LAMBDA채널 길이 변조V-10O (0.02 V-1)PHI표면 전위V0.6O (0.7 V)GAMMA벌크 문턱전압 계수V1/2~O (0.8 V1/2)4. MOSFET LEVEL 1 등가회로 변수 추출의 방법 및 결과1) Source 접지 출력특성 (LAMBDA 추출하기)★측정 방법★소스와 바디를 접지시키고 게이트에 일정전압을 인가, 드레인의 전압을 변화시킬 때 그에 따른 전류의 변화를 판의 5번핀(D-Nb)에, SMU1 단자를 기판의 3번핀(Gate b)에, 접지를 4번핀(S-Nb)과 7번핀(Vss)에 연결하였다. LAMBDA는 VDS 값이 VDS1 일 때의 드레인 전류가 ID1, VDS 값이 VDS2 일 때의 드레인 전류가 ID2라 할 경우 다음과 같이 표현된다.따라서 Saturation 영역에서 ID-VDS 관계곡선의 접선을 그었을 때 X축절편의 역수가 LAMBDA 값이 된다.실험에서 사용한 Channel & Source 설정화면은 다음과 같다.또한 Measure & Display 화면은 다음과 같다.★측정 결과★그림에서 Line 1의 X절편이 -83.15 이므로 LAMBDA=가 된다.2) Source 접지 입력 특성 측정 (VTO, KP 추출하기)★측정 방법★먼저, Source 접지 출력특성으로부터 LAMBDA를 구한 후, 이 값을 알고 있어야 원하는 값을 추출할 수 있으므로 따로 기록해 두었다. User Function을 사용하여 sqrt_id=sqrt(Id)값을 지정한 후, VGS- sqrt_id 관계그래프를 통해서 그래프를 분석혀였다. 실험에서는 이전에 사용하던 연결을 그대로 유지한 채, SMU2에 연결된 VD 의 MODE를 CONST로 바꾸어 일정 전압을 흘려주었다. VGS-sqrt_id 관계 그래프에서 X축 절편이 VTO 가 되며, KP는 다음과 같은 공식에 의해서 구해진다.여기서 실험에서 구한 LAMBDA 값이 0.012 V-1이고, Constant 값으로 지정한 VD값은 1V이므로 다음과 같은 변수값이 지정된 공식에 의해 KP값이 정해진다.실험에서 사용한 Channel & Source 설정화면은 다음과 같다.또한 Measure & Display 화면은 다음과 같다.★측정 결과★VGS-sqrt_id 관계 그래프에서 X축 절편이 VTO 가 되므로 X절편인 VTO=1.742[V] 이다. 또한에서 LAMBDA가 0.012 V-1이고, VD값은 1V, Slope는 Grade에 해당하는 24.07x10-3이므로 가 된다.3) Body 특성 측정 (GAMMA, PHI추출)★측정 방법★이전에 사용하던 SMU1번 단자와 SMU2번 단자는 그대로 VG와 VD에 연결한채로, VS1과 VS2를 각각 소스와 바디에 연결해주어 모드를 CONST로 바꾸어 주었다. VS1은 0V로 유지한 채로 VS2는 0V에서 0.01V단위로 0.09V 까지 측정하였다.먼저, VGS-sqrt_id 관계 그래프에서 VSB값에 따른 X 절편을 구한다. 이 때 그래프에서 두 점을 지나는 직선을 그어서 나타나는 X축 절편이 VTH값이 된다. 실험에서는 VSB값을 0.01V씩 증가시켰으며, 이 때 각각의 VTH값은 다음과 같다.VSB [V]VTH [V]01.6380.011.6460.021.6580.031.6780.041.6880.051.698엑셀의 Slope 함수를 사용하여 Slope를 계산하면, slope = 1.2743 이 나온다. 여기서 VSB 값을 임의로 0.03V로 잡으면, VTH=1.678V 가 되며 이전 실험으로부터 VTO를 1.742V를 얻었으므로 이 값을 바탕으로 a값을 구할 수 있다. 따라서 다음의 공식에 따라 a값과 PHI 값, GAMMA 값을 구할 수 있다.실험에서 사용한 Channel & Source 설정화면은 다음과 같다.또한 Measure & Display 화면은 다음과 같다.★측정 결과★[VSB=0V 일 때의 VTH값: 1.638V][VSB=0.01V 일 때의 VTH값: 1.646V][VSB=0.02V 일 때의 VTH값: 1.658V][VSB=0.03V 일 때의 VTH값: 1.678V][VSB=0.04V 일 때의 VTH값: 1.688V][VSB=0.05V 일 때의 VTH값: 1.698V]위의 과정으로부터 slope = 1.2743 이 나온다. 여기서 VSB=0.03V로 잡으면, VTH=1.678V 가 되며 이전 실험으로부터 VTO= 1.742V를 얻었으므로,를 얻을 수 있다.4) 입출력 특성 관찰 (NMOS와 PMOS)각각의 MOSFET에 따른 입출력 특성은 다음과 같다.-. Id-Vd 특성(NMOS)서 게이트를 SMU1에 연결하고, 드레인을 SMU2에 연결하여 게이트에 일정한 전압을 인가시킨 뒤, 드레인의 전압을 변화시키면서 그에 따른 전류의 변화를 측정하였다. 드레인 전압은 0~10V까지 500mV 단위로 21단계로 측정하였으며, 게이트 전압은 0~9V까지 1V단위로 10단계로 측정하였다. X축은 Vd, Y축은 Id로 설정하여 관계곡선을 관찰하였다.실험에서 사용한 Channel & Source 설정화면은 다음과 같다.또한 Measure & Display 화면은 다음과 같다.★측정 결과★-. Id-Vd 특성(PMOS)★측정 방법★드레인와 바디는 접지시킨 상태에서 게이트를 SMU1에 연결하고, 소스를 SMU2에 연결하여 게이트에 일정한 전압을 인가시킨 뒤, 소스의 전압을 변화시키면서 그에 따른 전류의 변화를 측정하였다. 소스 전압은 0~[-10V]까지 -500mV 단위로 21단계로 측정하였으며, 게이트 전압은 0~[-9V]까지 [-1V]단위로 10단계로 측정하였다. X축은 Vd, Y축은 Id로 설정하여 관계곡선을 관찰하였다.실험에서 사용한 Channel & Source 설정화면은 다음과 같다.또한 Measure & Display 화면은 다음과 같다.★측정 결과★-. Id-Vg 특성(NMOS)★측정 방법★소스와 바디는 접지시킨 상태에서 게이트를 SMU1에 연결하고, 드레인을 SMU2에 연결하여 게이트에 일정한 전압을 인가시킨 뒤, 드레인의 전압을 변화시키면서 그에 따른 전류의 변화를 측정하였다. 드레인 전압은 0~10V까지 500mV 단위로 21단계로 측정하였으며, 게이트 전압은 0~9V까지 1V단위로 10단계로 측정하였다. X축은 Vg, Y축은 Id로 설정하여 관계곡선을 관찰하였다.실험에서 사용한 Channel & Source 설정화면은 다음과 같다.또한 Measure & Display 화면은 다음과 같다.★측정 결과★-. Id-Vg 특성(PMOS)★측정 방법★드레인와 바디는 접지시킨 상태에서 게이트를 SMU1에 연결하고, 소스를 SMU2에 연결하여 게이트압을 변화시키면서 그에 따른 전류의 변화를 측정하였다. 소스 전압은 0~[-10V]까지 -500mV 단위로 21단계로 측정하였으며, 게이트 전압은 0~[-9V]까지 [-1V]단위로 10단계로 측정하였다. X축은 Vg, Y축은 Id로 설정하여 관계곡선을 관찰하였다.실험에서 사용한 Channel & Source 설정화면은 다음과 같다.또한 Measure & Display 화면은 다음과 같다.★측정 결과★5. MOSFET LEVEL 1 등가회로 변수 추출을 마치고..지난번 BJT 변수추출 실험보다는 무난했던 실험이었던 것 같다. 이미 BJT를 측정하면서 STA를 다루는 방법을 어느 정도 이해한 상태였기 때문에 측정 시 어려웠던 점은 없었다. 처음 측정했던 입출력 관찰부터 두 번째 측정했던 다섯 가지의 변수들까지 주어진 절차에 따라 실험을 진행하니 파형이 나왔다. 물론 이번에도 마지막에 추출했던 변수 두 가지의 그래프를 그릴 때 어려움이 있었지만, 지난번에 비해서는 어렵게 느껴지지 않았다.실험은 대체적으로 만족스런 결과물을 도출해내었지만 Gamma와 Phi를 구하는 부분에서 오차가 크게 나타났다. Gamma 값은 기본값이 0.8V1/2, Phi 값은 기본값이 0.7V 정도였지만, 실제 측정값은 Gamma 값이 0.227V1/2, Phi 값은 0.0079V 정도로 오차가 크게 발생했다. 여기서의 오차는 아마도 정밀하지 a값의 설정에서 기인하는 것이 아닌가 생각한다. 특히 Slope값이 대략 2정도가 나와야 정상적인 결과값이 나올 것으로 예상했는데, 실제 측정 시에 1.2 정도의 작은 Slope값을 가졌기 때문에 여기서 a값의 차이가 교재에서 나왔던 수치로 계산한 값보다 크게 났던 것이다. 실험상 측정이 잘못 되었다기 보다는 무엇인가 이 부분을 저해시키는 요소가 존재하는 것 같다. 이 부분만 해소된다면 MOSFET의 변수추출은 좀 더 명확하고 정확해질 것 같다.지난 시간에 이어 이번 실험에서도 소자에 대해 한결 친숙해질 수 있었던 계기가 되지 않았나 생각해본다.6. 참고인물)

공학/기술| 2007.12.29| 15페이지| 3,000원| 조회(1,192)

MOSFET, semiconductor, STA, Level 1 model, 반..

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STA를 이용한 BJT의 등가회로 변수 추출(STA: Semiconductor Test and Analyzer - 반도체소자분석기)

[Class Project]-. 제목: STA를 이용한 BJT의 등가회로 변수 추출(STA: Semiconductor Test and Analyzer - 반도체소자분석기)1. 프로젝트 목표STA(Semiconductor Test and Analyzer - 반도체소자분석기)를 통해서 실험에서 사용하는 Gummel-Poon모델에 대하여 숙지하고, 반도체 소자분석기를 이용하여 BJT 의 DC특성을 측정하고 BJT의 스파이스 등가회로 변수를 추출한다. 특히 교재 이외의 방법을 사용하여 변수를 추출함으로써 BJT의 동작원리를 다시 한 번 상기해보고 Parameter를 이해하도록 한다.2. 실험에 이용되는 Gummel-Poon 등가회로 모델과 추출 ParameterGummel-Poon 등가회로 모델은 BJT 모델 중 가장 널리 이용되는 회로 시뮬레이션 모델이다. Gummel-Poon 등가회로 모델을 이용하여 추출할 수 있는 Parameter들은 여러 가지가 있지만, 이번 프로젝트에서 추출하게 된 변수들은 아래와 같이 총 일곱 가지가 된다.약어Parameter Full nameDefaultunitIStransport saturation current0.1e-15ABFideal forward maximum beta100-BRideal reverse maximum beta1-VAFforward Early voltage infinite무한대VNFforward current emission coeff.1-NRreverse current emission coeff.1-RBzero bias base resistance0OHM3. Parameters 추출 진행 방향변수 추출은 모두 이전에 측정했던 데이터들을 사용했다. 별도로 측정을 다시 할 필요가 없이 모두 있는 자료를 활용하여 추출을 했으며, 필요한 경우 한 두 가지의 가정을 하였다. 프로젝트는 먼저 변수 추출이 중요한 이유를 들고 다음으로 측정방법에 대하여 정리한 후 그 결과에 대하여 논하였다. 마지막으로 추출에 대한 전체적인 평C/iB로 나누어 BF 값을 추출했다. 중전류 영역에서는 BF 값의 편차가 크지 않기 때문에 이런 방법으로 구하여도 그 값에는 큰 차이가 없으리라고 생각하기 때문에 이 방법을 사용했다.실험에서 사용한 Channel & Source (좌측은 그래프 설정 창) 설정화면은 다음과 같다.★측정 결과★< 측정한 그래프 화면 >그림에서 600mV에 해당하는 부분의 iC 값은 246uA, iB값은 2.105uA 이다. 따라서 BF 값은,이 된다.2) BR 추출하기★Parameter 추출이 중요한 이유★역방향 Gummel 측정을 통하여 얻어낼 수 있는 BR는 BF처럼 중전류 동작영역에서 추출이 가능한 변수이다. 이 Parameter가 중요한 이유는 BF의 추출과 마찬가지로 주어진 트랜지스터가 중전류 영역에서 정상적인 동작이 가능한지 판단이 가능해지기 때문이다. 만약 BF값이 15정도가 나와야 하는데 1~2정도로 큰 편차를 나타낸다면 트랜지스터가 정상적이지 않다는 말이 된다. 따라서 BR값의 정상적인 측정여부에 따라 중전류 영역에서의 동작을 확인할 수 있다. 그리고 이경우는 iE와 iB와의 관계를 나타내므로 둘의 경우 중 한가지의 변수를 알게되면 나머지 한가지의 전류값을 추측할 수 있게되어 특성을 예상할 때 용이하게 사용될 수 있다.★측정 방법★BR는 중전류 영역에서 동작한다. 따라서 iB와 iE 그리고 Vb와의 관계 곡선인 Gummel-Plot의 500mV~750mV 사이의 값을 추출한다. 이전에 측정했던 자료인 역방향 Gummel-Plot에서 별도로 User Function을 사용하지 않고 있는 그래프를 그대로 활용한다. 아래 그림처럼 Channel & Source를 설정한 후 그래프를 그리면 순방향 Gummel-Plot이 나오며 여기서 가장 500~750mV사이의 Vb에 해당하는 iB와 iE를 측정하여 그 값을 iE/iB로 나누어 BR 값을 추출했다. 여기서는 중전류 영역에서 Vb값이 클수록 큰 값을 나타내기 때문에 BF를 추출했던 경우와는 다르게 750mV에서 값을 추near한 영역에서 그려냈기 때문에 추출한 값을 그대로 수식에 집어넣어 계한하면 된다.실험에서 사용한 Channel & Source (좌측은 그래프 설정 창) 설정화면은 다음과 같다.★측정 결과★< 측정한 그래프 화면 >그림에서 전압 Vbe는 720mV~750mV에서 측정을 하여 중전류 영역을 측정하였으며, 아래의 테이블에서 붉은 색은 전압 Vbe의 변화(x축), 파랑색은 전류 iC의 변화(y축)이다. 따라서 아래와 같은 수식에 의해 NF값이 계산된다.따라서 NF 값은 1.09로 추출되었다.4) NR 추출하기★Parameter 추출이 중요한 이유★Reverse current emission coefficient는 역방향 중전류 영역의 특성을 통해서 알 수 있는Parameter 중의 하나이며, Forward current emission coefficient와 마찬가지로 트랜지스터가 정상적인 특성을 나타내고 있는지 알아낼 수 있는 중요한 지표가 되기 때문에 중요하다. 순방향이상계수와 역방향 이상계수의 값은 이상적일 경우 자연수 1의 값을 가지기 때문에 다른 Parameter 들보다 비교가 용이하며, 역방향 중전류 영역에서의 정상적인 동작여부를 체크할 수 있게 된다. 예를 들어서 이상계수 값이 20~30정도로 나타났다면, 분명히 측정이 잘못되었거나 트랜지스터가 이상적인 값과 차이가 나기 때문에 트랜지스터로서의 가치가 떨어질 것이다. 덧붙여서 Gummel Plot을 통해 쉽게 구해낼 수 있으며 다음과 같은 방법으로도 추출이 가능하다.★측정 방법★NR는 중전류 영역에서 동작한다. Gummel Plot을 이용하지 않고 iC의 값에 Log를 취한 값의 변화량과 Vbe 값의 변화량을 이용해서 추출할 수 있다. 따라서 Linear 한 영역에서의 iC 값의 변화량을 500~750mV 사이의 영역에서 추출하여 아래의 수식을 이용한다.=여기서 Vt 값은 실온을 대략 섭씨 25~30 정도라고 가정하여 0.0259V값을 사용했다. 그리고 그래프는 아래와 같이 x축과 y축 모두 Lin략하면 IS와 iC와의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 NF 값은 이전에 구했던 1.09값을 사용한다.=따라서 IS는 다음과 같이 나타낼 수 있다.따라서 iC-Vbe 그래프를 통해서 중전류 영역에서 값을 추출하고 그 값을 대입하여 IS값을 계산하는 방법을 사용하였다.실험에서 사용한 Channel & Source (좌측은 그래프 설정 창) 설정화면은 다음과 같다.★측정 결과★< 측정한 그래프 화면 >중전류 영역인 750mV에서 값을 추출하였다. 따라서 Vbe=750mV, iC=37.81mV 이다. 따라서 이 값을 수식에 대입하여 계산해보면,따라서 IS는 1.065x10-13(A) 가 나온다.6) VAF 추출하기★Parameter 추출이 중요한 이유★Forward Early voltage는 iC-Vce 곡선에서 Active 영역의 기울어진 부분이 그래프의 좌측 영역의 한 곳으로 만나는 점을 의미한다. 이 변수는 실질적인 BJT의 특성을 나타내는 중요한 변수이다. 만약 BJT가 이상적인 소자라면, Active 영역에는 Slope가 존재하지 않기 때문에 Early Voltage는 무한대 값을 갖게 될 것이다. 하지만 실제적인 BJT는 Slope가 존재하며 따라서 얼리 볼티지를 갖게 된다. VAF추출이 중요한 이유도 여기에 있다. 얼리 볼티지의 값을 따져 봄으로써 Active 영역의 기울기를 알 수 있고 소자의 특성 또한 이상적인 부분에 어느 정도나 가까운지 타진해 볼 수 있는 Parameter이기 때문에 이 변수가 가지는 유용성은 크다고 볼 수 있다.★측정 방법★IS 값을 추출할 때에는 iC와 Vbe, IS와의 관계를 고려할 때 Vce에 대한 Forward Early Voltage의 영향은 미미하므로 그 term을 생략하고 계산하였다. 하지만 실질적인 계산을 하기 위해서는 수식을 아래와 같이 그대로 사용하도록 한다.이 수식을 다시 정리해 보면,계산해보면, 이 되고,따라서 VAF는 다음과 같이 나타낼 수 있다.위의 수식을 적용하기 위해 iC-Vce 그래프에 BJT의 입력특성을 통해서 인입되는 전압, Vbe, iB를 구할 수 있다. 인입되는 전압은 Vce값을 sweep하였을 때의 전압으로 두고, 여기에서 중전류 영역에서의 Vbe값이 나타날 때의 iB값을 설정하면 된다. 아래의 Vce값이 0~160mV까지 40mV까지 변하므로, 0, 40, 80, 120, 160의 순으로 다섯번의 sweep이 일어나게 되고, Vce 값을 40mV로 잡은 후 그 값에 해당하는 iB와 vBE 값을 설정함으로써 위의 수식에 의해 RB값을 구할 수 있다.실험에서 사용한 Channel & Source (좌측은 그래프 설정 창) 설정화면은 다음과 같다.★측정 결과★< 측정한 그래프 화면 >그림에서 Vce가 40mV에 해당하는 각각의 변수의 값은 878mV, 27.02mA이므로 다음수식에서 RB를 얻을 수 있다.따라서 추출하고자 하는 RB값은 31.04으로 설정되었다. Defarlt값이 0에 가까워야 하는데 어느 정도는 이상 값에 근접한 값이라고 볼 수 있으나, 정확한 값을 이끌어 낼 수 없었던 것은 실험에서 사용한 BJT가 완전한 소자가 아님을 증명하는 결과라 할 수 있다.5. BJT 등가회로 변수 추출을 마치고..이미 저항, DIODE, BJT, MOSFET 등의 측정을 통해 익혔던 STA를 이번 실험을 통해서 다시 한 번 숙지할 수 있었던 기회가 되었기 때문에 만족한 실험이었다고 할 수 있다. 비록 이전에 측정해 두었던 데이터를 바탕으로 변수들을 추출하였으나 그 방법에 차이가 있고 이전 자료들의 STA 사용법을 알 수 없으면 할 수 없었던 프로젝트였고 그런 상황은 조금 더 추출에 신경을 쓰도록 만들었다.변수 추출을 다른 방법으로 해낸다는 것이 처음에는 난제였으나, 실험에 대한 충분한 이해만 있으면 해결할 수 있는 부분이라는 것을 알게 되었다. 예를 들어서 ideal forward maximum beta 값은 Gummel Plot을 이용할 때 굳이 User Function을 사용하지 않아도 되는데 그 이유는 중전류 영역에서 그 값이 거의 인물)

공학/기술| 2007.12.29| 16페이지| 3,000원| 조회(695)

BJT, parameter, gummel plot, Gummel, gummel ..

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반도체 소자분석기를 이용한 BJT의 등가회로 변수추출(STA: Semiconductor Test and Analyzer - 반도체소자분석기)

실험 4. 반도체 소자분석기를 이용한 BJT의 등가회로 변수추출(STA: Semiconductor Test and Analyzer - 반도체소자분석기)1. 실험 목표:BJT의 전기적 DC Parameter들을 STA (Semiconductor Test and Analyzer - 반도체소자분석기)를 이용하여 측정하고 이를 바탕으로 등가회로 변수를 추출한다. 추출된 변수를 이용하여 SPICE 시뮬레이션을 수행하고 이를 실제 측정값과 비교한다.2. 실험에 이용되는 Gummel-Poon 등가회로 모델과 추출 ParameterGummel-Poon 등가회로 모델은 BJT 모델 중 가장 널리 이용되는 회로 시뮬레이션 모델이다. Gummel-Poon 등가회로 모델을 이용하여 추출할 수 있는 Parameter 중 실험을 통해서 실제로 추출한 추출한 Parameter들은 다음과 같다.약어Parameter Full nameDefaultunit측정여부ISTransport saturation current0.1e-15AOBFIdeal forward maximum beta100-OBRIdeal reverse maximum beta1-OVAFForward Early voltage infinite무한대VOVARReverse Early voltage infinite무한대VONFForward current emission coefficient1-ONRReverse current emission coefficient1-OIKFForward beta hi current roll-off무한대AOIKRReverse beta hi current roll-off무한대AORBZero bias base resistance0ΩORBMMinimum base resistance at hi current RBRBΩOREEmitter resistance0ΩORCCollector resistance0ΩOCJEZero-bias deplet.capacitance0FOMJEBase-Emitter junction expon 그래프를 관찰한다. PNP 트랜지스터는 극성을 바꾸어 측정을 한다. 이 그래프에서 브Saturation 영역, Break-Down 영역, Saturation 영역을 관찰할 수 있다.3-1>> gummel plot (NPN BJT 및 PNP BJT): Vb-Ib 및 Vb-Ic 의 관계를 Gummel Plot으로 나타낸다. 여기서 Vb는 Linear Scale Ib 및 Ic는 Log scale로 그려줌에 유의한다. PNP 트랜지스터는 극성을 바꾸어 측정을 한다. Gummel Plot은 트랜지스터가 제대로 동작하는지 알아보는 중요한 장치이므로 이 점을 숙지하고 실험을 진행하였다.4-1>> common base current gain (NPN BJT 및 PNP BJT): User Function을 사용하여 Ic/Ib 값을 설정하여 두고 x축으로는 Ic 값을 설정해 둔다. (뒤에 다시 실험을 하지만 여기서의 값과 뒤에서 x축을 Vb로 설정한 값과는 거의 유사한 값을 나타냈다.) PNP 트랜지스터는 극성을 바꾸어 측정을 한다. 축에서 최대값이 구하고자 하는 common base current gain이 된다.2>> NPN BJT의 Parameter 추출 (Using STA)5>> Re 측정컬렉터를 오픈시키고 이미터를 접지시킨 후 베이스 전류를 변화시키면서 컬렉터 전압을 측정하도록 한다. 회로를 연결하고 Ib-Vc 의 관계를 얻어낸 후에 Graph Tool을 사용하여 Curve의 접선의 기울기를 측정한다. 접선의 기울기가 바로 Re가 된다.6>> Rc 측정이미터를 오픈시키고 컬렉터를 접지시킨 후, 베이스 전류를 변화시키면서 이미터 전압을 측정한다. 회로를 구성하고 Ib-Vb의 관계를 얻어낸 후에 Graph Tool을 사용하여 Curve의 접선의 기울기를 측정한다. 접선의 기울기가 RC가 된다.7>> VAF 값 구하기이미터를 접지시키고 베이스 전류를 Constant값으로 유지한 후, 컬렉터 전압을 변화시키면서 컬렉터 전류를 측정한다. 회로를 구성하고 Vc-Ic의 관계를 얻전류 영역의 Ib, Ic 값을 알 수 없다. 따라서 위의 두 가지 Parameter는 구할 수 없다. NE를 구하는 수식은 다음과 같다.“”필요할 경우 NE와 C2의 Default 값은 다음과 같다. (NE=0.5, C2=0)9>> Collector 접지 출력 특성 측정 (VAR 추출)컬렉터를 접지시키고 베이스 전류를 Constant값으로 유지한 후, 이미터 전압을 변화시키면서 이미터 전류를 측정한다. 회로를 구성하고 Ve-Ie의 관계를 얻어낸 후에 Graph Tool을 사용하여 Curve의 역방향 바이어스 영역에서 그래프 상의 두 점을 연결하는 직선을 그어서 생기는 x절편의 값을 구한다. x절편의 값이 VAR이다.10>> 역방향 gummel 특성 측정컬렉터를 접지시키고, 베이스 전압과 이미터 전압을 같은 값으로 변화시키면서 베이스 전류와 이미터 전류를 측정한다. 회로를 구성하고 Vb-Ib 및 Vb-Ie 의 관계를 Gummel Plot으로 나타낸다. 여기서 Vb는 Linear Scale, Ie 및 Ib는 Log scale로 그려줌에 유의한다.1) NR 추출NR는 Graph Tool의 Grade를 이용하여 다음과 같은 수식을 이용하여 구한다.“”2) BR 추출User Function을 사용하여 BF 값을 정의한다. (BF=Ie/Ib) Vb-BF 그래프를 만들어서 그래프상의 BF가 최대인 값을 추출하여 BF 값을 구한다.3>> IKR 측정User Function을 사용하여 BF = Ie/Ib 으로 정의한다. x축을 Vbe, y축을 BF, Ib로 설정한 후 그래프를 얻는다. 여기서 Vbe가 Compliance가 걸리는 영역은 제외하고 나머지 부분으로 측정한다. 먼저 a값을 임의로 지정해야 하는데, 여기서 a값은 1보다 큰 수여야 한다. 또한 다음과 같은 b의 수식에 의해 b값을 구한다.여기서 의 값이 Compliance 영역을 벗어나면 안되므로 BF 값이 1/b로 떨어지는 지점이 이 부분을 넘지 않도록 값을 설정하도록 한다. 측정에 의해 a와 b의 값을 설정하였으면기울기 이므로 Grade 에 해당하는 499.7mΩ이 된다.6>> Rc 측정Rc 값의 추출 : Rc 값은 커브의 접선의 기울기 이므로 Grade 에 해당하는 336.4mΩ이 된다.7>> VAF 값 구하기VAF 값 추출: 순방향 바이어스 영역에서 Vc-Ic 그래프의 접선 근사를 할 경우, x절편에 해당하는 값이 VAF(Forward Early Voltage)값이 된다. 여기서는 273.4 [V] 정도가 측정이 되었으나 보통 50~100[V]의 값을 가지게 된다.8>> 순방향 gummel 특성 측정1) IS와 NF 추출Is 추출: gummel plot에서 IC 그래프의 선형 영역에 접선을 그어 만나는 y축 절편의 값이 log 10 (Is) 값이다. 따라서 Is = 10-y절편 = 10-13.75 = 1.778 x 10-14 [A] 가 된다.NF 추출: Grade 값이 16.95 이므로 다음의 공식을 이용하여 NF를 추출한다.NF = log(e) / {Grade*VT} = log(e)/{16.95*0.0259} = 1.0252) BF 추출BF의 추출: BF = IC/IB 로 정의된다. 또한 Vb-BF 그래프에서 최대값에 대항하는 부분을 얻어서 BF 값을 추출한다. 그림에서 BF는 120.7 이 된다.3) RB, RBM, IRB 값 측정먼저 ΔVbe = Vbe – NF*Vt*log{Ib/(Is/BF)} 를 계산한다.여기서 Vt = 0.0259V (실온)으로 두고, 이전에 계산한 값들 (NF=1.025, Is=1.778 x 10-14 [A], BF=120.7) 을 대입하면,ΔVbe = Vbe – 1.025*0.0259*log{Ib/(1.778 x 10-14 /120.7)}와 같은 식이 되고 이를 바탕으로 그래프를 그려보면, 다음과 같다.위의 그림에서 전압강하가 20mV 이상 되는 지점인 20.55mV에서의 Vb 값은 800mV 즉, 0.8V 이므로, 이 값을 아래의 식에 대입하여 수식을 만든다.Rb = [Vbe-NF*Vt*log{Ib/(Is/BF)}- |Ie|*Re]/ 얻어서 BR 값을 추출한다. 그림에서 BR는 15.51 이 된다.3>> IKR 측정다음과 같은 Vbe-BF/ Vbe-Ib 그래프에서 Vbe 값이 840mV이상인 곳은 Compliance 영역이므로 제외한다. 따라서 830mV 이하인 영역인 12.46 이상의 영역에 BF의 1/b의 값이 위치해야 한다.여기서 a값이 1보다 커야 하며, a값에 따른 b값의 계산 값과 그에 따른 BF의 범위는 다음과 같다. (BF = 15.51) (a 큰 경우)a=2 BR/a = 7.755b =0.5*{(2a-1)2 + 1} = 5 BF/b = 3.102의 경우, BF 값이 12.46 이하인 영역이기 때문에 compliance 가 걸리므로 사용할 수 없다. (a 값이 조금 작은 경우)a=1.05 BR/a = 14.7b =0.5*{(2a-1)2 + 1} = 1.105 BF/b = 14.03의 경우, 측정이 가능하다.Ib1 = 3.074 * 10^(-3) A, Ib2 = 4.250 * 10^(-3), BR = 15.51 이므로,r = {log(2*a-1)}/[log{(Ib2/Ib1)-1} = {log(2*1.05-1)}/[log{(4.250/3.074)-1} = -0.09919IKF = (4*BR*Ib1)/{(2*a-1)1/r-1} = (4*15.51*3.074*10^(-3)/{(2*1.05-1)1/-0.09919-1}=-0.3087계산에 의해 위와 같은 값들이 추출되게 된다. (a 값이 매우 작은 경우)a=1.001 BR/a = 15.494b =0.5*{(2a-1)2 + 1} = 1.002002 BF/b = 15.47의 경우, 주어진 BF의 범위가 너무 협소하여 구하기 힘들어진다. 따라서 이 값은 적용하기 힘들다.11>> C-V 측정을 통한 추출 PARAMETERS1) B-C 측정이 그래프를 다시 살펴보면 다음과 같다.-. CJC: Vbe값이 0v 일 때의 값 : 9.3468 [pF]-. VJC: Default 값인 0.75V-. MJC: 엑셀의 SLOPE 함수를 이용하여 각 구간

공학/기술| 2007.12.29| 34페이지| 3,000원| 조회(1,199)

BJT, npn, STA, PNP, Gummel

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[일반물리학실험] RLC회로-RLC회로의 공진현상, 공진주파수와 임피던스의 해석, RLC회로의 공진주파수, X-Y모드에서의 공진주파수, RLC회로 공진주파수의 특성 평가A+최고예요

본 자료는 홈페이지에서도 말씀드린 것처럼, 레포트를 스캔한 부분이 있습니다. 그 부분들은 모니터 상으로 볼 때 흐릿하게 보일 수도 있으니 가급적 프린트 해서 보기를 권합니다. [파일-인쇄] 해서 보셔도 되지만, [파일-인쇄-인쇄방식]에서 [두 쪽으로 모아찍기]를 지정하면 한 면에 두 페이지를 볼 수 있어 프린트 용지를 절약할 수 있습니다. 실험 내용을 바로 붙여넣기 식으로 할 수 없어서 아쉬운 부분도 있겠지만, 내용 자체는 참고용으로 적합하리라 생각합니다. 부디 레포트 작성 잘 하셔서 꼭 A+ 받으세요^^ (( 그리고 한글 2002 자료이므로 다른 버전일 경우 페이지가 엉킬 우려가 있으므로 한글 2002가 없으신 분은 홈페이지에서 한글 뷰어를 다운 받으셔서 보시기 바랍니다. ))1. 실험제목: [일반물리학실험] RLC회로-RLC회로의 공진(Resonance)현상, 공진주파수와 임피던스의 해석, RLC회로의 공진주파수, X-Y모드에서의 공진주파수, RLC회로 공진주파수의 특성, 공명(공진)의 개념, 임피던스와 전류/전압과의 관계 고찰2. 실험목적--> RLC회로의 해석을 통해서 공진주파수와 공진현상에 대하여 고찰해 본다. 실험에서 사용되는 RLC회로는 직렬 구성이다. 이 RLC회로의 해석을 통하여 임피던스와 전류 전압의 관계를 이해하고, 공진주파수와는 어떠한 관계가 있는지 알아보도록 한다. 또한 전압과 전류의 피크 값(최대 값), 평균값, 실효 값의 의미를 알아보고 상호 연관성에 대하여 고찰해 보도록 한다.3. 실험원리저항 R의 경우는 직류(DC-Direct Current ; 시간의 변화에 따라 크기와 방향이 일정한 전압 또는 전류)회로나 교류(AC-Alternating Current ; 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변화하는 전압 또는 전류)회로에서 모두 전압과 전류의 위상이 같다. 하지만, 인덕터(L)나 캐패시터(C) 등을 포함한 교류(AC)회로에서는 일반적으로 전압과 전류의 위상이 같지 않다.실험에 사용되는 좌측의 RLC 직렬회로에서,i = i0?s인 잔이 깨지는 현상으로 이해할 수 있다. 실험에서는 fres 가 공진주파수로 작용하며, 이 때 전류 값은 “ i0,max =”로 최대 값을 지닌다.교류회로의 전압과 전류에 대한 표현은 피크 값에 의한 방법, 평균값에 의한 방법, 실효 값에 의한 방법 등 세 가지를 사용한다.-. 피크 값에 의한 방법: 교류 파형(예를 들어 Sine 파형)의 [0 ~ “진폭의 최대 값”]을 피크 값이라 하며, 이 때의 피크 값은 사인 파형의 진폭을 의미한다. 전류 i = i0?sin(wt) 또는 전압 v = v0?sin(wt)가 인가될 때, 전류의 피크 값은 i0, 전압의 피크 값은 v0 가 되며, 각각은 교류 파형의 진폭을 의미한다. 피크 값 이외에 피크-피크 값이라는 표현이 있는데, 이는 [“진폭의 -최대 값” ~ “진폭의 +최대 값”]을 의미하므로, 전압의 경우 “2?v0 ”로 표현된다. (피크 전압 값을 Vp라고 표시하고, 피크-피크 값을 Vp-p라고 표시한다.)-. 평균값에 의한 방법: 교류 파형(예를 들어 Sine 파형)의 반주기의 동안(Sine 파형의 경우, 0~π 구간)의 값을 시간적인 평균을 취하여 교류의 크기를 나타낸 값을 의미한다. 이 때의 평균값에 의한 전압은 “Vave =?v0 ”이 되며, 전류는 “Iave =?i0 ” 가 된다.-. 실효 값에 의한 방법: 교류 파형(예를 들어 Sine 파형)의 크기를, 교류 파형과 동등한 일을 하는 직류 파형의 크기로 나타낸 값을 의미한다. 이 때의 값은 피크 값의배 한 값이 된다. 즉, 실효 값(RMS; Root Mean Square)은 다음과 같이 표현된다. 전압의 실효 값은 "Vrms =?v0“이며 전류의 실효 값은 "Irms =?i0“이다.실험에 사용되는 RLC 직렬 교류회로내의 소자에 걸리는 전류는 동일하다. 즉, 저항(R)에 걸리는 전류, 인덕터(L)에 걸리는 전류, 캐패시터(C)에 걸리는 전류가 모두 동일하다. 따라서 다음과 같이 저항(R)에 걸리는 전류를 측정하면, 어렵지 않게 전체전류를 알아낼 수 있다.한다.-. 임피던스: 교류회로의 RLC 직렬회로에서의 등가저항을으로 나타낼 수 있으며, 여기서의 Z를 임피던스라 한다.5. 실험과정1부>>1) 전압센서를 연결하고, 신호 발생기의 출력단자에 바나나 플러그를 꽂는다.2) 다음과 같이 Data Studio를 세팅한다.-. Sine wave: Amplitude- 3V, Frequency- 20Hz-. Sample Rate: 5Hz-. Sensitivity: Low(1x)-. Sample Rate: 5Hz3) Scope1 윈도우를 열어두어 측정을 위한 준비를 한다.2부>> 실험장치 및 측정실험 1) VR 대 f 의 측정1) 회로기판의 인덕터와 100μF 축전기(캐패시터), 10Ω의 저항을 직렬 연결한다.2) 전압센서의 양단을 저항 양쪽에 연결한다.3) 측정을 시작하고 파형을 관찰한다. 이 때 전압 VR0의 진폭을 기록한다.4) 주파수를 (최초의 20Hz로부터) 20Hz씩 상승시키면서 300Hz까지 측정한다. 공진주파수라고 판단되는 주파수 부근에서는 10Hz 간격으로 측정한다.5) 측정한 데이터를 보고 대략적인 공진주파수를 예상한다.실험 2) 스코프 X-Y 모드에서의 공진조건1) 설정되어 있는 “voltage channel"을 드래그하여 스코프윈도우의 시간 축에 옮겨놓아 X-Y모드로 전환시킨다. 이 때 X축은 VR(저항 양단에 걸리는 전압). Y축은 Vs(신호발생기의 출력전압)로 표시된다.2) 신호발생기의 “타원의 파형”이 “직선의 파형”으로 바뀔 때 까지 주파수를 미세하게 바꾼다. 파형이 직선이 되면 이 주파수를 공진주파수로 간주하고 이때의 VR0(저항 양단에 걸리는 전압)과 Vs0(신호발생기의 출력전압) 값을 기록한다.3) 데이터의 파형을 저장한다.실험 3) 공진 조건에서의 회로의 총 저항1) 오실로스코프 화면을 신호발생기의 출력전압 과 출력전류로 표시되도록 설정을 바꾼다.2) 실험 2)에서 측정한 공진주파수에서, 출력전압 Vs0'과 is0 를 화면으로부터 추출해낸다.6. 측정값 (실험결과)실험 1) VR 대 f 의측정함]]7. 계산과정실험 1> 계산과정i0 =에서 R=10[Ω] 이므로,f = 20 [Hz] -> i0 == 0.0303 [A]f = 40 [Hz] -> i0 == 0.0576 [A]f = 60 [Hz] -> i0 == 0.0848 [A]f = 80 [Hz] -> i0 == 0.1061 [A]f = 100 [Hz] -> i0 == 0.1273 [A]f = 120 [Hz] -> i0 == 0.1394 [A]f = 140 [Hz] -> i0 == 0.1515 [A]f = 160 [Hz] -> i0 == 0.1606 [A]f = 170 [Hz] -> i0 == 0.1618 [A]f = 180 [Hz] -> i0 == 0.1636 [A]f = 190 [Hz] -> i0 == 0.1667 [A]f = 200 [Hz] -> i0 == 0.1667 [A]f = 210 [Hz] -> i0 == 0.1667 [A]f = 220 [Hz] -> i0 == 0.1667 [A]f = 230 [Hz] -> i0 == 0.1667 [A]f = 240 [Hz] -> i0 == 0.1629 [A]f = 250 [Hz] -> i0 == 0.1620 [A]f = 260 [Hz] -> i0 == 0.1603 [A]f = 270 [Hz] -> i0 == 0.1598 [A]f = 280 [Hz] -> i0 == 0.1575 [A]f = 290 [Hz] -> i0 == 0.1550 [A]f = 300 [Hz] -> i0 == 0.1483 [A]-. 공진주파수의 추정: 190[Hz] -> iR0가 최대가 되는 지점이 공진주파수가 된다.실험 2> 계산과정-. 공진주파수 fres = 197.2[Hz] (X-Y 모드에서 파형이 직선이 되는 순간의 주파수)-. VR0 = 1.687[V] (X-Y 모드에서 파형이 직선이 되는 순간의 X축의 최대 값)-. Vs0 = 2.972[V] (X-Y 모드에서 파형이 직선이 되는 순간의 Y축의 최대 값)-. wres = 2π?fres = 2π x (197.2[Hz]) = 형의 수치를 정확하게 읽어 들이는 파형발생기의 센서를 통해 변화가 없는 이상) Vs0' 값에서 Parameter의 변화 없이 x,y 축만 바꾸어 적용한 것이기 때문에 Vs0 와 Vs0' 의 값에는 실험자가 실수를 하지 않는 가정 하에서 동일하다고 할 수 있다. (왜냐하면 실험 3)에서는 실험 2)에서의 내용을 오실로스코프 화면만 달리했기 때문이다.) 실험 1)에서 전류 대 주파수의 그래프는 공진주파수에 대해 대칭인가 아닌가. 그 이유를 설형하라.--> 액셀로 그린 “주파수 대 전류 그래프”에서 살펴보면, 주파수에 따라 전류는 가파른 상승 곡선을 그리다가 일정 부분에서 Peak를 이루고, 이후에 완만한 하강 곡선을 그리는 것을 볼 수 있다. (여기서 i0,max 가 되는 Peak 지점이 바로 공진주파수 영역이다.) 즉, 공진주파수에 대해 정확한 대칭을 이루지는 않는다. 이는 RLC회로에서 사용되는 소자들의 특성으로부터 기인하는 현상이라 볼 수 있다. 여기서 R(저항) 소자는 신호의 위상과 관계가 되지 않는 소자이기 때문에 제외해 두도록 한다. 그렇다면, 교류에서 신호의 위상과 관계되는 L(인덕터), C(캐패시터) 값에 의해 그 해결점을 찾을 수 있을 것이다. 인덕터의 경우는 저주파의 성분을 잘 통과시키는 반면 캐패시터는 고주파 성분의 신호를 잘 통과시킨다. 즉, 고주파에서는 L이 가지는 교류저항, 즉 리액턴스 “”의 값이 높아지고, 저주파에서는 C가 가지는 리액턴스 “”의 값이 높아진다. 그런데, 공진주파수를 기준으로 우측의 하강곡선이 완만하다는 것은 전류의 진폭이 큰 값으로 유지된다는 말이며, 이것은 곧, 저주파 영역에서 영향을 미치는 XC의 값보다 고주파에서 영향을 미치는 XL의 값이 크다는 말이 된다. 즉, 교류신호에 의해 발생되는 고주파에서의 L의 영향이 저주파에서의 C의 영향보다 더 크기 때문에 발생하는 현상으로 볼 수 있다. 공진주파수에서는 XL과 XC가 상쇄하여 회로의 임피던스는 회로의 총 저항과 같다. 실험 3)에서 계산한 이 값이 사용한 탄소저항이다.

공학/기술| 2007.10.07| 11페이지| 2,500원| 조회(3,181)

임피던스, RLC회로, 공진, 공진현상, 공진주파수

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