본문내용
1. R-C 직렬 회로
1.1. 실험 목적 및 준비물
실험 목적은 저항과 커패시터를 직렬로 연결하여 실험하고 이해하는 것이다"
실험 준비물로는 오실로스코프(Oscilloscope), 함수 발생기(Function generator), 멀티미터(Multimeter), 빵판(Bread board), 저항(5 k OMEGA, 10 k OMEGA, 20 k OMEGA), 커패시터(1nF, 10nF, 100nF)가 사용되었다."
1.2. 실험 결과 및 고찰
1.2.1. 주파수에 따른 출력전압과 위상차
주파수에 따른 출력전압과 위상차는 다음과 같다.
저항과 커패시터를 직렬로 연결한 R-C 직렬 회로에서 입력 전압의 주파수를 변화시키며 저항에 걸리는 출력전압과 위상차를 측정한 결과, 주파수가 증가할수록 출력전압이 증가하고 위상차는 감소하는 경향을 보였다.
30Hz에서는 출력전압이 80.0mV이고 위상차가 84°앞서는 것으로 나타났다. 300Hz에서는 출력전압이 480mV이고 위상차가 80.471°앞서는 것으로 나타났다. 3kHz에서는 출력전압이 3.40V이고 위상차가 42.353°앞서는 것으로 나타났다. 30kHz에서는 출력전압이 5.00V이고 위상차가 21.176°앞서는 것으로 나타났다.
즉, 주파수가 증가할수록 커패시터의 리액턴스가 감소하여 저항에 걸리는 전압이 증가하고, 위상차도 감소하는 경향을 보였다. 이는 R-C 직렬 회로가 고주파 통과 필터로 동작함을 보여준다.
1.2.2. 저항값에 따른 출력전압과 위상차
저항값에 따른 출력전압과 위상차는 다음과 같다.
R1을 5 kΩ, 10 kΩ, 20 kΩ로 바꾸어 실험을 진행한 결과, 저항값이 증가할수록 출력전압은 증가하고 위상차는 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
R1이 5 kΩ일 때, 출력전압은 480mV이고 위상차는 80.471° 앞선다. R1이 10 kΩ일 때, 출력전압은 920mV이고 위상차는 84.706° 앞선다. R1이 20 kΩ일 때, 출력전압은 1.8V이고 위상차는 74.118° 앞선다.
이는 R-C 직렬 회로에서 전압 분배의 원리에 따른 것이다. 저항값이 증가하면 저항에 걸리는 전압이 증가하게 된다. 또한 위상차는 저항값에 반비례하므로, 저항값이 증가할수록 위상차가 작아지게 된다.
즉, 저항값이 증가할수록 저항에 걸리는 전압이 증가하고 위상차가 감소하는 것을 알 수 있다.
1.2.3. 주파수 변화에 따른 입출력 파형 비교
주파수 변화에 따른 입출력 파형 비교를 살펴보면 다음과 같다.
실험에서는 입력 V1을 30Hz, 300Hz, 3kHz, 30kHz 등 다양한 주파수로 바꿔가며 회로의 입출력 파형을 비교하였다.
주파수가 30Hz일 때 출력전압은 80.0mV이고 위상차는 84° 앞서는 것으로 나타났다. 즉, 저주파 영역에서는 캐패시터의 리액턴스가 크기 때문에 대부분의 전압이 저항에 걸리게 되어 출력전압이 작고 위상차도 크게 발생하였다.
주파수가 300Hz일 때는 출력전압이 480mV이고 위상차가 80.471° 앞서는 것으로 측정되었다. 이는 중간 주파수 영역에서 저항과 캐패시터의 리액턴스가 균형을 이루면서 출력전압이 증가하고 위상차도 작아지는 현상을 보여준다.
주파수가 3kHz로 높아지면 출력전압은 3.40V이고 위상차가 42.353° 앞서는 것...
