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기초회로 공진회로 chapter6 결과레포트

 사용 장비 및 부품

1. 함수발생기(GWSNSTEK2-1)

2. 오실로스코프(GDS - 1062A)

3. 저항 1.5kΩ(1개)

4. 커패시터 : 0.01uF(마일러, 1개)

 실험 방법 및 결과

1-1 실험1 : 부하효과

1-2 실험 회로도

- 책에 있는 회로도는 실제 실험으로 나타낸 사진 -

1), 2) 실험의 주파수 변화에 따른 오실로스코프의 Vout을 측정한 사진입니다.

3) 상승시간, 상승시정수, 하강시간, 하강시정수를 그래프로 측정한 사진입니다.

1-3 실험 방법

1) 실험 회로 5-1과 같은 회로를 결선하고 함수발생기를 이용하여 Vm에 피크치가 1V인 정현파를 인가한 후 주파수를 100Hz부터 1MHz까지 변화시켜가면서 Vout을 오실로스포크로 측정하라. (R = 1.5kΩ, C=0.01uF)

2) 주파수 변화에 따른 전압 이득의 변화를 보드 선도로 그리고 차단 주파수를 구하라.

3) 실험 회로 5-1에서 함수발생기를 이용하여 피크치가 1V 이고 주파수가 500Hz인 구형파를 인가하였을 때 출력 전압 Vout의 파형을 관찰하고 상승과 하강 파형에서 상승 시간, 하강 시간 및 시정수를 구하고 차단 주파수와의 이론적인 관계와 비교하라.

1-4 실험 결과

1)번 실험의 측정 결과는 아래와 같이 나왔다.

저항은 1.5KΩ, 커패시터는 마일러 0.01uF로 측정을 하였다.

주파수 구간은 보드선도에서 변화가 큰 시점을 기준으로 간격을 정하였다.

그래서 급격히 변동하는 시점인 10000Hz에서 촘촘하게 측정을 하였다.

2) 보드선도

차단주파수는 f=w/2  이고 w=1/rc 이기 때문에 대입을 해보면f=1/2  rc가 성립한다.

3)

상승시간의 경우 90%에 도달할 때를 의미 하고, 상승 시정수는 상승 구간 까지 도달하는데 있어서 68%를 기준으로 정한다. 하강시간은 반대로 내려오는 곡선에서 90%도달시를 의미하고 하강시정수는 68%하강 구간까지 도달하는데 걸리는 것으로 정한다.

1-5 검토 사항

첫 번째 실험에 실험을 하는데 있어서 커패시터가 두 종류이기 때문에 꼭 마일러를 사용해 야 된다. 그리고 예상 했던 데로 주파수의 변화에 따른 위상차이를 나긴 했지만 촘촘히 측정해야 되는 부분을 미리 제대로 숙지를 했으면 더 빠르게 실험을 했을 것 이다. 촘촘히 측정해야 되는 구간은 차단 주파수 부분에서 했기에 더욱더 자연스러운 그래프를 얻을 수 있었다.

두 번째 실험에서는 전압을 이득을 구하는 부분에서 ch1과 ch2가 Vin과 Vout을 어떻게 나타내는지 빨리 알아 내는 것이 포인트가 되었다. 전압의 이득 구하는 공식은 Vin / Vout 이기 때문에 그 공식에 대입해서 위의 표의 결과와 같은 값을 얻을 수 있었다. 그리고 전압이득을 y축으로 놓으면 좋겠지만 데시벨 값으로 표현 함으로써 그래프의 결과를 더욱 자세히 알 수 있기에  X를 통해 dB로 변환 할 수 있었다.

세 번째 실험에서는 상승시간과 상승시정수 하강시간과 하강시정수를 구하는데 있었다. 상승시간의 개념에서 90%도달까지의 걸리는 시간을 측정하는데 처음에는 눈으로 측정하여 90%가 도달하는 부분을 측정하려 했었다. 그러나 커서라는 좋은 기능을 통해 눈금의 위치를 수치적으로 표현 할 수 있었다. 커서의 위치가 90%도달하는 구간과 시정수는 63%, 하강시간 90%, 하강시정수 36%를 더욱 쉽게 측정 할 수 있었다.

 결론

실험을 통해 이야기 하고자 하는 것은 시간응답과 주파수 응답의 특성이라 할 수 있겠다. 시정수의 개념인 63%를 실질적으로 측정도 해보고 교수님께서 말씀하신데로 상승시간과 하강시간은 각각 상승 시정수와 하강시정수의 2.2배라는 결과의 가정이 있었다. 실제로 측정해 보니 약 2.2배가 나왔기에 성공적으로 시간과 시정수의 값이 맞았음을 알 수 있었다.

18.4 x 2.2 = 40.48 거의 39.6과 유사하다

18.0 x 2.2 = 39.60 거의 35.6과 유사하다.

하강 파트에서는 비록 오차 범위가 컸지만 비슷하게 나왔음을 확인 할 수 있었다.

차단 주파수와 시정수의 관계는 수식적으로 보자면 차단 주파수 f = 1/2  rc 이고 시정수는 rc임을 알 수 있다. 2  를 쓴 이유는 라디안으로 변형하기 위해 한 것 이기 때문에 시정수와 차단 주파수는 역수 관계임을 알 수 있었다.

그리고 추가적으로 커패시터가 있는 회로 뿐만아니라 인덕터가 있는 회로도를 생각해 보면 시정수 자체는 L/R로 구해지고 이것을 통해 측정하는 방법의 rc회로와 동일하게 구할 수 있다.