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 실험 목적

1. 회로의 전압 또는 전류가 측정되기 위해서는 회로로부터 측정기기로 에너지의 흐름이 일어나야 한다. 따라서 어떠한 측정도 회로의 동작을 조금이라도 교란하게 된다.

2. 측정시 유의 사항

이러한 교란 효과가 측정값에 미치는 영향이 무시할 만한 오차 범위 내에 들어가도록 해야 한다. 전압을 측정하는 경우에는 측정기기의 입력 임피던스가 측정기기가 연결 되는 노드를 들여다보는 임피던스에 비하여 충분히 커야 피측정회로가 측정에 의하여 교란을 크게 받지 않는다.

3. 본 실험에서는 부하 효과의 여려가지 측면에 대하여 살펴 본다.

 이론

1. 부하 효과 : 전기회로에서 정전압원이라고 가정하는 무한대의 전력을 공급할 수 있는 경우 외에는 전원의 용량이 한정되어있답니다. 따라서 부하가 없는 상태와는 달리 부하상태에서의 전원 측의 저항이 있기 때문에 전원 측의 단자 전압이 변화하게 된답니다. 부하를 연결하게 되면 전류가 흐르게 되고 이 전류로 인하여 부하 양단간에 전압이 발생이 됩니다. 전원 측과 부하 측을 저항이 전혀 없는 전선으로 접속을 하였다면 전원측 단자와 부하 측 양단자간의 전압은 동일하게 됩니다. 전원측은 정전압을 발생하는 전압원과 전원내부저항이 직렬로 접속되어있는 것으로 생각할 수 있습니다.

전류가 증가하게 됨에 따라서 전원내부의 저항에서는 전압강하가 발생하게 되고, 이에 따라서 전원 측의 단자전압은 부하가 없는 상태의 전압에서 전하 강하된 만큼 떨어져 나타나게 된답니다. 부하 저항이 적을 수록 전류가 커지게 되고 이에 따라 내부 전압강하가 터지게 되어 전원측 단자전압이 낮아지게 됩니다.

2. 전압 측정과 부하 효과 : 전압계 측정 범위에 따라 내부저항이 변한다. 용량성 부하 효과 프로브에 존자하는 커패시터 성분에 의한 효과, 주파수가 증가하면 용량성 부하 효과가 커진다.

3. 전류 측정시의 부하 효과 : 전류원 프로브를 사용한다. 대부분의 경우 회로에 아주 작은 저항, 보통 1Ω 저항을 삽입하여 저항 양단의 전압을 측정하여 전류를 간접적으로 측정한다, 저항이 삽입되는 점에는 들여다본 회로의 저항이 1Ω 보다 훨씬 커야 삽입된 저항에 의한 교한 효과가 무시될 수 있다.

4. 함수 발생기의 출력 임피던스 : 일반적인 함수 발생기의 출력 임피던스 : 50Ω, 신호를 받는 회로의 입력 임피던스가 50Ω보다 충분히 크지 않을 때에는 내부 임피던스에 의한 전압 강하를 고려해야 한다.

 사용 장비 및 부품

1. 오실로스코프

2. 함수 발생기

3. 직류 전원 공급 장치

3. 1MΩ(2개), 51Ω(1개)

 실험 방법

1-1 실험1 : 오실로스코프 내부저항

1-2 실험 회로도

결과 예측 :1) 실험회로도를 위의 그림과 같이 이해하기 쉽도록 변경을 해보았다. R1과 R2가 각각 1M씩 흐른다면 전압의 값은 저항의 병렬의 성질을 이용해 위과 같은 식으로 계산을 할 수 있다.

2) X10으로 프로브를 변경해 측정하게 되면 전압의 결과 값이 1/10으로 감쇠가 일어난다.

3) 디지털 멀티 미터 각각의 전압은 V1은 IR2/(1+R2/Rm)이고 V2는 IR1/(1+R1/Rm)가 나온다. Rm에 의해 결과 값의 오차가 발생한다. 그러나 디지털 멀티미터의 저항은 커서 실험의 영향은 지극히 미미할 것으로 예상된다.

4) 51Ω으로 종단을 한다면 출력 전압의 변화는 없을 것으로 예상된다. 51Ω 저항의 종단이 회로 자체에 영향을 주지 않기 때문이다.

1-3 실험 방법

1) 아래와 같은 전압 분배기 회로를 구성하고 프로브를 x1과 x10 상태에서 오실로스코프로 각각 전압을 측정하라. 이로부터 오실로스코프 프로브의 내부 저항을 계산하라.

2) 위의 회로에서 디지털 멀티미터를 사용하여 (여러 전압 레인지에 대하여) 각 각 전압을 측정하라. 이로부터 디지털 멀티미터 각 전압레인지에 대한 내부 저항을 계산하라.

3)함수 발생기의 개방 출력 전압과 51Ω으로 종단한 경우의 출력 전압에 대하여 오실로스코프로 전압의 크기를 비교하라. 이결과로부터 무엇을 알 수 있는가?

 예비 보고 사항

1. 실험 방법에 주어진 부하 효과 측정 회로에서 계기의 입력 저항이 얼마가 될 때 측정 전압이 부하 효과에 의하여 정확한 값 (계기를 연결하기 전의 값)의 절반으로 떨어지는 계산하라.

보고사항을 풀기 전에 계기입력에 대해 조사 해보았다. 계기 입력 : 계측기와 컴퓨터를 직접 연결하여 계측기로부터 측정된 데이터가 사람 등의 매체를 경유하지 않고 직접 컴퓨터로 입력되는 방식

5v가 2.5v가 되야 하므로 위의 과정을 거쳐서 Rm의 값은