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기초회로 실험 결과 직렬 및 병렬 공진회로와 필터

결과레포트 실험 13 : 직렬 및 병렬 공진회로와 필터RL회로의 과도응답 및 정상상태 응답실험 환경 분석날씨 : 박무, 연무습도 : 80.1기온 : 6.5실험 테이블 : No.3 & No.8실험시각 : 11월 24일 18시 20분경-낮고 습한 날씨1. 실험 절차 및 결과1. [대역통과필터 및 대역저지필터 실험](1) 그림 13-3의 (a)와 (b)회로를 차례로 꾸미고 다음의 실험을 순차적으로 수행하라.는 저주파 발진기의 출력 주파수를 100[Hz]에서부터 500[]로 변화시키면서 입력 파형의 전압[V]와 출력파형의 전압[V]을 측정하고 표 13-1과 표 13-2를 작성하라.주파수실제 측정값 및 측정에 의한 계산값이론값[V][mV][rad]QBWQBW100101050.01051.56[rad/s][rad/s]11101.05V0.1051.5020108.5V0.85-0.4350103.9V0.39-1.23100101.76V0.176-1.40150101.17V0.117-1.46180109500.095-1.48200108500.085-1.49300104600.046-1.52500101030.0103-1.54주파수의 대역통과 특성을 확인하는 실험이다. 먼저 이론값을 추정해 보자.,,의 값을 가지게 된다. 이제 측정값을 살펴보면, 전달함수의 위상을 계산해야한다.*)의 식을 이용하자.이를 이용하면 위의 표와 같은 전달함수의 위상을 얻을 수 있다. 이제 얻어낸 위상각을 토대로 Q를 추정해보자. 이때 공진주파수(중심주파수)를 먼저 찾아야하는데 실험에서는 전달함수값이 1을 가지는, 즉이 1이 되는 주파수를 공진주파수라 할 수 있다. 하지만 우리가 실험한 주파수로는 1에 근접한 주파수를 찾지 못했다. 다만 1KHz와 20KHz 사이의 어느점에서 공진주파수가 존재할 것이라는 추정은 할 수 있다. 대략 16~17KHz 근방이 될것이라는Q1-159.14866-159.148661-15.8526625-15.85266210.4608623460.460862312.8232827672.823282816.1240303646.124030419.3186746659.3186747111.2213141411.221314112.4867931412.486793118.7965042718.796504131.3840955531.384096것을 추정할 수 있다. Q값의 추정을 위해 이용하는 공진주파수는 불확실한 추정값인 16~17KHz값 대신에 소자계산 값인[rad]를 사용하기로 한다. 이제 이를 이용하여 Q를 살펴보면 교재에 주어진 공식을 통해서도 Q를 얻을 수 있다.를 이용하는데 위상과 공진주파수를 알고 있으므로 Q를 구할 수 있다. 이공식을 이용하여 구한 Q는 모두 1에 매우 근접한다.BW는 cutoff freq.의 범위를 측정하며 알 수 있다. 이는 전달함수의 0.707점을 찾아 이때의 주파수를 확인하면 알 수 있다. 우리가 얻은 측정값은 8.5의 최대값을 중심으로 기하급수적으로 감소하여 0.707점의 추정이 어렵다. BW의 주정은로 하여임을 확인 할 수 있다. 하지만 정확한 주파수값을 얻어내지 못한 이번실험이 잘못된 것이라고 판단 할 수는 없다. 다음으로 제시되는 전달함수의 그래프와 위상각의 그래프를 확인하여 대역통과 필터의 특정을 확인할 수 있다.그림 13-3H오차0.01050.00628330967.100.1050.06295575466.780.850.908192879-6.400.390.33387305616.810.1760.1611567499.210.1170.1066987989.650.0950.088764357.020.0850.0798290296.470.0460.053126251-13.410.01030.03184711-67.65위의 그래프는 실험적으로 얻어낸 입력과 출력전압의 비와 실험 추정값으로 얻어낸 전달함수의 크기를 그래프로 비교한 것이다.*)의 식을 이용하였다. 이로써 얻은 H의 크기는 다음표와 같고, 이를 그래프에 나타내었다. H의 크기는 그래프에서 곡선으로 분산시켜 나타내었다.(오른쪽 차트의 수치를 이용하여 그린 분산그래프이다. 임의로 그린 것이 아니다.) 이를 살펴보면 그래프의 양 끝단으로 갈수록 큰오차를 나타내지만 그래프의 중심에서는 10%안팎의 적은 오차를 보이고 있다. 그래프의 양쪽 끝은 0으로 수렴하는 구간임을 감안할 때 그 오차의 크기에 대해 우리는 아무런 관심도 없다. 우리가 관심있는 영역은 중앙부근이고 이에 대한 오차는 매우적음을 표나 그래프를 통해서 직접 확인할 수 있다. 이때 오차는 상대오차 공식을 이용하였다. 다음으로 위상각에 대한 그래프를 살펴보자.위상각은 앞서 말했다시피의 식을 이용하여 구하였다.임을 생각해본다면 위상각은 대략 +1.5 ~ - 1.5로 이동함을 알 수 있다. 이는 교재의 13-1그림과 비교하였을 때도 개형적인 모습에 큰 차이가 없다. 따라서 비록 주파수의 측정범위가적절하지 못해 정확한값을 측정을 통해서 확인해 보진 못했지만 전체적인 개형을 그래프를 통해서 확인해 보면 매우 정확한 결과를 얻었음을 확인 할 수 있다. 따라서 얻어낸 전달함수 그래프의 개형을 확인하며 특정 주파수 대역만 통과시키는 대역통과필터의 특성을 확인할 수 있엇다.주파수실제 측정값 및 측정에 의한 계산값이론값[V][mV][rad]QBWQBW100101050.0105-0.006[rad/s][rad/s]11101.05V0.105-0.06320108.5V0.850.45350103.9V0.390.281100101.76V0.1760.154150101.17V0.1170.105180109500.0950.087200108500.0850.079300104600.0460.053500101030.01030.032(b)대역저지 필터다음으로 대역 저지 필터에 대해 살펴보자. 이론값을 살펴보면 공진주파수는 직렬회로와 동일하다. 다른점은 Q인데 분명 직렬회로와 다른 과정을 거쳤지만 결과는 직렬와 동일한의 값을 가진다. 중요한 것은 항상 동일한 소자를 이용하였을 때 같은 Q값을 대역저지필터와 통과필터가 가지는 것은 아니라는 것이다. 결과적으로 대역폭역시 직렬과 동일한의 값을 가진다. 이제 전달함수의 위상각을 계산해 내자. 주어진 회로의 전달함수를 살펴보면이다. 이를 이용하여 위상각을 구하면,로 구할수 있다. *) 이번 실험은 이전 (a)와 동일한 소자를 이용하여 동일한 주파수의 측정을 목표로 하였기 때문에 이전과 같이 정확한 값의 공진주파수와 BW값을 얻지는 못한다. 다만 그래프와 표를 통해 대역저지특성을 회로가 어떻게 나타내는지 확인해 볼 수 있다. 먼저 전달함수의 그래프부터 확인해 보자.H오차0.950.99998026-4.990.950.998016319-4.810.70.41855190167.240.990.9426180475.021.010.9869288232.331.010.9942913891.571.010.9960526541.401.010.996808571.321.010.9985878041.140.990.999492752-0.94그래프를 통해 전달함수릐 개형을 확인 할 수 있다. 전달함수의 크기를 구하는 식은 여러 가지를 이용할 수 있다.*)를 이용하여 구하면 그 크기는 다음표와 같다. 대체로 적은오차를 가지고 있으며 20KHz에서 조금큰 오차를 보이고 있다. 상대오차공식을 이용하여구하였기 때문에 적은편자에도 큰 오차가 났다. 그래프를 살펴보면 H의 크기를 분산시켜놓은 그래프의 왼쪽 끝에 오류가있음을 확인할 수 있다. 이는 급격히 감소하기 이전 상황의 표본이 100Hz, 1KHz 둘 밖에 없기 때문에 일어나는 현상이다. 실 그래프는 이후 모두 다시 첨부하도록한다. 이 그래프를 통해 대역저지필터의 특성을 확인할 수 있다. 다음으로 위상각을 살펴보자.위의 위상각은의 식을 이용하여 구하였다. 이는 -0.8을 넘어선 어떤점까지는 음의 값으로 커지다가 이후 양의 값으로 바뀌어 점차 작아진다. 이론값을 토대로 예상해 보면 왼쪽은 -1.5로, 오른쪽은 1.5로 향하고 있는 모양이 되어야 한다. 이 모양은 교재에서 확인할 수 있었던 그림 13-2와 비교했을 때 유사한 형태를 타나냄을 확인 할 수 있다. 앞선 대역통과필터와 마찬가지로 정확한 주파수범위의 설정에 실패하여과 대역폭을 정확히 확인할 수는 없었지만 그래프의 개형적인 모델을 확인함으로써 대역필터의 특성을 살제로 확인해 볼 수 있었다.2. 실험의 평가이번실험은 주파수의 조절을 제외하면 꽤 쉬운 실험이었다. 우리조가 사용하는 함수발생기가 수형이어서 입력주파수를 설정하는데 너무 오랜 시간이 걸렸었다. 결국 실험이 끝난 조 함수발생기를 이용해 실험을 다시 실행하였었다.(8조 함수발생기 사용)

공학/기술| 2010.04.07| 8페이지| 1,000원| 조회(167)

기초회로 실험 결과

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논리회로설계실험_비교기

1.1비트 비교기 (1bit comparator)1)HDL코드library ieee;Use IEEE.STD_logic_1164.all;entity one_bit_comparator isport ( A, B : in std_logic;EQ : out std_logic);end one_bit_comparator;architecture RTL of one_bit_comparator isbeginprocess (a, b)beginif a=b theneq <= `1`;else eq <= `0`;end if;end process;end rtl;위의 동작적 모델링 방법이외에 데이터플로우형 설계도 가능하다. 이는 xor의 진리표로 확인 할 수 있다. 위에서 확인 할 수 있듯이 xor의 출력에 반전시킨 값이 비교기가 된다. 따라서 eq <= not(a xor b);를 이용하더라도 우리가 원하는 값과 동일한 결과를 얻을 수 있다. 위의 그림은 설계를 수정하여 출력 파형을 확인한 것이다.2)테스트 벤치 코드library ieee;Use IEEE.STD_logic_1164.all;entity one_bit_comparator_tb isend one_bit_comparator_tb;architecture RTL of one_bit_comparator_tb issignal a, b, eq : std_logic;component one_bit_comparatorport(a,b : in std_logic;eq : out std_logic); end component;begin cp1 : one_bit_comparator port map(a,b,eq);

공학/기술| 2010.04.10| 8페이지| 1,000원| 조회(401)

설계, 논리회로, 논리회로설계실험, 논리회로설계실험_비

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환류다이오드 해석

회로에서 평균부하전압과 전류, 저항에서 소비되는 전력을 구하라. 여기서,이며,은이다.환류다이오드를 가진 정류기 회로를 Psim에서 구현해보자. 아래의 그림이 Psim에서 설계한 환류 다이오드 반파 정류기 이다.우리가 구해야 할 것을 나열해 보면 ①평균 부하전압, ②평균 부하전류, ③저항에서 소비되는 전력이다.①평균 부하전압평균 부하전압을 구하기 위하여 부하에 인가되는 전압을 측정해 보자. 위의 회로에서는 Vout Probe를 이용하면 부하에 인가되는 전압을 확인 할 수 있다. 이를 이용하여 얻은 파형은 아래와 같다.이는 우리가 예상했던 바와 마찬가지로 반파정류된 파형을 나타내고 있다. 이로써 설계한 회로가 원하는 값을 출력하고 있음을 확인 할 수 있다.현재 우리가 원하는 값은 평균 부하전압이므로 위의 파형의 평균을 Measure를 이용하여 확인해 보자.오른쪽에 보이는 값이 전압의 평균값이다. 보기쉬운 수로 나타내면 31.83V가 된다. 이는 푸리에 급수를 이용하여 얻어낸와 동일함을 확인 할 수 있다.②평균 부하전류평균 부하전류도 유사한 방법으로 구할 수 있다.저항에서 전류를 Detectiong 하도록 설정하고 이를 확인하면 아래의 전류를 얻을 수 있다.여기서 평균값을 취하여 평균 부하전류를 얻을 수 있는데, 보는 바와 같이 과도상태의 출력역시 나타나 있다. 정확한 평균값을 구하기 위하여 Steady 상태의 파형만을 취해 평균을 구하도록 하자. x축 값을 조절해 0.2-0.5s 구간을 추출해 내면 아래와 같다.이 구간에서의 평균값을 구하면 오른쪽의 결과를 얻을 수 있다. 이는 15.91A를 뜻한다. 이는 위에서 구한항을 이용하여 구한와 동일 함을 확인 할 수 있다.③저항에서 소비되는 전력저항에서 소비되는 전력을 구하기 위하여 책에서는 푸리에 급수 각장의 전압을 구하고 이를 이용하여 전류를 구한 뒤 실효값을 얻어내어를 이용하여 전력을 구하였다. Psim을 이용하여 책에선 한 과정을 따라가는 방식⑴과 바로 전류의 rms값을 구하는 방식⑵을 통하여 전력을 구하도록 한다.⑴푸리에 변환을 이용하는 방법전압의 푸리에 항의 값은 책에서 주어진 바로는 다음과 같다.n031.82.0015.9150.09.635.19221.218.961.1244.2437.750.1161.8256.580.03이를 Psim의 주파수 영역 해석을로 확인해 보자. ①에서 얻었던 전압 파형을 주파수 영역으로 변환 시키면 다음과 같은 파형을 얻게 된다.우리가 설계한 회로는 주파수가 60Hz이니 60Hz마다 n이 1씩 증가하는 걸로 이해할 수 있다. 따라서 60n 의 값을 찾아나가면, 다음과 같은 값을 확인 할 수 있다.n=0n=1n=2n=4n=6이는 책에서 주어진 대로 n= 0.1.2.4.6의 값에 대한 주파수 응답을 찾아낸 것이다. 이를 표로 정리하면,n031.83150.00

공학/기술| 2010.04.10| 5페이지| 1,000원| 조회(1,519)

반파정류, 환류다이오드 해석, 부하전류, 평균 부하전류

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논리회로설계실험_다양한 가산기

1.반가산기 (Half Adder) : Behavioral Modeling1)HDL코드library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity HA isport(X,Y : in std_logic;s,c : out std_logic);end HA;architecture rtl of HA isbeginprocess (X,Y)beginif x=`0` and y=`0` thenc<=`0`;s<=`0`;elsif x=`1` and y=`1` thenc<=`1`;s<=`0`;elsec<=`0`;s<=`1`;end if;end process;end rtl; 위의 동작적 모델링 방법이외에 데이터플로우형 설계도 가능하다. 이는 s<=x xor y;c<=x and y;로 설계가능하다. 이는 반가산기의 내부구성이 다음 그림과 같이 표현되기 때문이다.다음으로 동작적 모델링 설계에서 process의 구성을 여러 가지 방법으로 할 수 있다. 간단히 몇 가지만 살펴보자.if(x=y)thens<=`0`;c<=`0`;if(x=`1` and y=`1`)thenc<=`1`;end if;elses<=`1`;c<=`0`;end if;if(x=y)thens<=`0`;else s<=`1`;end if;if (x=`1` and y=`1`) thenc<=`1`;elsec<=`0`;end if;반가산기 진리표

공학/기술| 2010.04.10| 13페이지| 1,000원| 조회(223)

설계, 논리회로, 논리회로설계실험, 논리회로설계실험_다

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가정의 일반 소비전력과 반파정류회로 해석

1. 가정의 TV, 에어컨, 세탁기, 냉장고, 전자레인지에서 3가지이상의 소비전력 확인과제에 제시된 5가지 중 TV, 세탁기와 냉온수기의 소비전력을 확인하였다. 학교 기숙사에 생활하는 관계로 냉장고나 에어컨을 따로 사용할 수 없기에 휴게실내 비치되어있는 냉온수기를 선택하였다.1. 냉온수기소비전력 - 전동기만 사용 시 125W, 히터 사용 시 +500W위 냉온수기는 온수공급용 히터 스위치가 후부에 따로 있다. 일반 정수 기능만을 사용할 경우 125W가 소비 되고 온수공급을 위한 히터를 같이 사용하면 625W가 소비되는 것이다.2. TV소비전력 - 65WTV에는 전동기와 같은 유도성부하가 없기 때문에 역률이 1에 근접한 65W의 소비전력을 보인다.3. 세탁기소비전력 - 135W요즘 가전제품에서 볼 수 있는 에너지소비 효율등급과 함께 1회 전력소비량이 명시되어있다.흔히 가정에서 사용하는 냉온수기가 높은 전기세의 주범이라고 알려져 있듯이 높은 소비전력을 보여주었다. 비록 일정온도(일반적 85~90°C)에 도달하면 써미스터와 같은 열 가변저항으로 히터기능은 작동을 중지하기 때문에 온수를 얼마나 많이 사용하는가가 소비전력량을 좌지우지하지만, 그것은 차치하고서라도 다른 제품에 비해 5~10배 가까운 소비전력을 나타내었다.2. 다이오드를 이용하여 교류→직류로 바꾸는 회로를 만들어서,에서 전압, 전류파형을 그리고, 소비전력을 계산하시오.-다이오드를 이용하면 교류성분의 전원을 직류로 변환할 수 있다. 이는 여러 가지 방법으로 이루어 질 수 있다. 기본적으로는 다이오드 1개를 이용한 반파정류가 있고, 이 이외에도 중간탭변압기를 이용한 전파정류기, 다이오드 브릿지를 이용한 전파정류, 커패시터 필터를 이용한 반파정류가 대표적이다. 우리에게 주어진 것은의 교류 전원과의 저항, 그리고 다이오드를 이용한 정류회로를 만드는 것이다. 따라서 다이오드를 이용한 반파정류, 다이오드를 이용한 전파정류의 회로와 소비전력을 확인해 보도록 하자. 나머지 정류회로는 본 보고서의 붙임에서 회로구성과 출력을 잠시 확인하도록 한다. 다이오드를 이용한 반파정류 회로위의 회로는 다이오드 하나를 이용한 반파정류의 회로를 보여준다. 우리가 얻고자 하는 결과값은 220V 60Hz의 교류 즉, 일반 가정과 같은 전원을 공급받는 조건을 원하였다. 하지만 이 회로에서는 310V의 입력 값을 사용하고 있는데 이는 우리가 흔히 말하는 220V는 rms값이기 때문에 220V가 전원공급의 최대값을 말하는 것이 아니다. 시뮬레이션을 위한 Psim은 입력 값으로 최대값을 원하므로의 값을 사용한다. 이를 이용하여 입력전압, 부하전압, 다이오드 양단의 전압을 확인하면 아래와 같다.부하 측의 전압을 확인해보면 다이오드에 의해 전원의 양의 주기만 인가되고 있음을 확인할 수 있다. 따라서 전원의 양의 주기 동안은 다이오드 양단에 전압차가 생기지 않으므로 음의 주기에서만 전압파형을 나타남을 다이오드 양단의 전압파형을 통해 확인 할 수 있다. 또한 부하 측의 전류 파형도 전압파형과 같은 형태를 지니고 있음을 확인 할 수 있다. 전류계를 다이오드 앞에 위치시켜도 유사한 파형을 얻을 수 있는데 이는 다이오드가 온 일경우만 전압이 공급되고 오프상태일때는 차단된 형태를 나타내므로 유사한 파형을 띠게 된다.이제 이 결과를 이용하여 저항의 평균전력을 구해보자. 먼저 직류성분의 출력전압은 반파 정류된 사인곡선의 평균값으로 볼 수 있다.(값들이 주파수에 독립이기 때문에 x축을 (wt)로 보고 계산해도 무방하다)이제 이를 이용하여 rms값을 구해보자.이제 소비되는 평균 전력은로 계산 할 수 있다. 다이오드 브릿지를 이용한 전파 정류회로위의 회로는 반파정류에 비교하였을 때 다이오드만 4개로 늘어났을 뿐 다른 elements는 사용하지 않았다. 이 회로를 다이오드 브릿지라 부르는데 이는 휘트스톤 브릿지와 구성이 비슷하기 때문에 붙은 이름이다. 위의 회로 구성에서는 쉽게 이해가 가지 않지만 아래의 회로가 위의 다이오드 구성과 등가 회로임이 분명하기 때문에 휘트스톤 브릿지와 유사한 구성임을 확인 할 수 있다.그렇다면 위와 같은 브릿지를 사용하는 이유는 무엇일까? 가장 큰 차이는 반파정류와 전파정류이다. 위의 브릿지 회로를 사용하게 되면 전파 정류된 출력을 얻을 수 있다. 이는 아래의 출력 그래프를 통해서도 확인 할 수 있겠지만 반파정류에 비해 맥동성분이 훨씬 줄어들게 된다는 것을 확인 할 수 있다.위의 회로를 살펴보면 반파정류에서는 부하에서‘0’V 이었던 전원의 음의 주기가 양의 주기로 출력되고 있음을 확인 할 수 있다. 이로써 반파정류에 비해 맥동성분이 감소하여 훨씬 안정적인 직류 전원이 공급회고 있음을 확인 할 수 있다.저항부하 양단의 전압은이 된다. rms값은이다.이를 이용하여 소비 평균전력을 구하자.을 이용하면,을 얻을 수 있다. 반파정류보다 브릿지 전파정류를 하였을 때 같은 저항에서 전력이 커지는 것으로 보아 같은 전원 공급에서 더 적은 손실로 전력을 부하에 전달할 수 있음을 확인 할 수 있다.위에서 살펴본 회로 이외의 정류회로를 살펴보자. 단지 다이오드만을 이용하는 것은 아니지만 같은 정류기능을 할 수 있음에 주목하여 살펴보도록 하자.(1) 중간탭 변압기 정류기위의 회로는 변압기를 이용한 중간탭 전파정류기의 모습이다. 이 회로를 통해 앞서 본 다이오드브릿지 전파정류회로와 동일한 출력을 얻을 수 있다. 다이오드 브릿지와 회로구성의 차이를 찾아보면 가장 큰 차이는 회로에 변압기를 사용하였다는 것이다. 변압기는 전원과 부하사이를 전기적으로 분리시키는 특징을 가지고 있다. 또 다이오드의 개수가 2개로 줄어들었다. 또한 유의할 점은 부하 측에서 전류는 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르고 있다는 것에 유의한다. 이와 같은 구성으로 나타나는 출력은 아래와 같다. 여기서 주의 깊게 살펴보아야 할 곳은 다이오드 양단에 인가되는 전압의 파형이다.부하에서 나타나는 출력전압은 앞서 본 전파정류기와 다르지 않다. 이 회로에서 가장 큰 차이는 다이오드의 전압인데, 다이오드에 인가되는 전압의 최대값이 입력 전원 최대값의 2배가 되어있다는 것을 확인할 수 있다. 반면 다이오드 브릿지 전파정류기는 다이오드 양단 전압의 인가 시간의 차이만 존재할 뿐 4 다이오드 모두 음의 입력전압 최대값을 나타낸다.(마주보는 두 다이오드가 동일한 파형을 가지고 두 대각선 다이오드끼리는의 차이가 있다) 이와 같은 차이로 중간탭 변압기 정류기는 저전압 대전류 회로에 적합하며, 다이오드 브릿지 정류기는 고전압회로에 응용할 수 있다.(2)커패시터 필터가 있는 반파정류기위의 회로는 앞서 본 다이오드 반파정류회로에 커패시터 필터를 연결한 회로이다. 여기서 커패시터는 정류기내의 필터의 부분이다. 이와 같은 필터를 이용하는 것은 부하에 전달되는 출력 전압의 변동을 좀 더 적해하여 직류에 가깝게 만들기 위해서 이다. 기본적인 정류원리를 확인해 보자. 다이오드가 순방향 바이어스가 되면 커패시터에도 전원이 공급되고 입력전원의 최대값으로 충전된다. 이후 전원이 음이 되면 다이오드는 역방향 바이어스가 되고 다이오드는 오프된다. 이때부터 커패시터에 충전된 전압이 부하로 방전된다. 이후 전원이 다시 양이 된 후에도 전원 전압의 크기가 방전중인 커패시터의 전압보다 크지 않으면 여전히 다이오드는 오프 상태이다. 커패시터의 전압이 입력전원보다 낮아지는 순간 다시 커패시터에 전원이 충전되기 시작한다. 이와 같은 출력을 아래에서 확인 할 수 있다.

공학/기술| 2010.04.10| 9페이지| 1,000원| 조회(654)

다이오드, 반파정류, 가정의 일반 소비전력, 소비전력

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