A+ 받을 수 있는 중앙대학교 전기회로설계실습 설계실습 9. LPF와 HPF 설계

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문서 내 토픽

• 1. RC 및 RL 필터 설계

  RC 및 RL 필터를 설계하고 주파수응답과 전달함수의 크기를 측정하였다. 전자전기공학부에서 많이 쓰이는 회로이므로 중요하다.

• 2. LPF 설계 및 분석

  RC 직렬 LPF를 구성하고 주파수가 10 ㎑이고 Vpp가 1 V인 사인파를 인가하여 입력 전압, R의 전압(출력)의 파형을 측정하였다. 이론값과 실험값의 오차율은 약 4% 이내였으나 위상은 9% 정도의 오차율을 보였다. 주파수 응답 분석 시 높은 주파수에서 출력 전압이 작아 큰 오차가 발생하였다.

• 3. HPF 설계 및 분석

  RL 직렬 HPF를 구성하고 주파수가 10 ㎑이고 Vpp가 1 V인 사인파를 인가하여 입력 전압, R의 전압(출력)의 파형을 측정하였다. 전체적으로 4% 이내의 오차율을 만족했으나 출력전압의 위상은 9.10%의 오차율과 전압의 위상은 -14.7%의 오차를 보였다. 주파수 응답 분석 시 낮은 주파수에서 낮은 전압으로 인하여 큰 오차가 발생하였다.

• 4. 오차 분석

  오차의 큰 원인은 실험자의 조정 실수, 정확하지 않은 소자 값 등이었다. 특히 TIME/DIV 설정 오류로 인한 오차가 컸으며, 정확하지 않은 C, L 값과 전선, 브레드보드의 저항도 오차 발생 요인이었다. 인덕터의 저항을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 오차율 차이가 평균 -2.39%로 매우 큰 것을 확인하였다.

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• 1. RC 및 RL 필터 설계

  RC 및 RL 필터 설계는 전자 회로 설계에서 매우 중요한 부분입니다. RC 필터는 저주파 통과 필터로 사용되며, 고주파 성분을 제거하는 데 효과적입니다. RL 필터는 고주파 통과 필터로 사용되며, 저주파 성분을 제거하는 데 효과적입니다. 이러한 필터 설계 시 주파수 응답, 시간 응답, 안정성 등을 고려해야 하며, 회로 구현 시 실제 소자의 특성을 반영해야 합니다. 또한 필터 설계 시 원하는 성능을 만족하면서도 회로 복잡도를 최소화하는 것이 중요합니다. 이를 위해서는 다양한 설계 기법과 시뮬레이션 도구를 활용할 수 있습니다.

• 2. LPF 설계 및 분석

  LPF(Low-Pass Filter)는 저주파 신호를 통과시키고 고주파 신호를 차단하는 필터입니다. LPF 설계 시 차단 주파수, 감쇠 특성, 위상 특성 등을 고려해야 합니다. 아날로그 LPF는 RC 회로, LC 회로, 액티브 필터 등 다양한 구조로 구현할 수 있으며, 각각의 장단점이 있습니다. 디지털 LPF는 FIR 필터, IIR 필터 등을 사용할 수 있으며, 필터 차수, 계수 선택, 구현 방식 등을 고려해야 합니다. LPF 분석 시 주파수 응답, 시간 응답, 안정성, 민감도 등을 분석할 수 있습니다. 이를 통해 LPF의 성능을 평가하고 최적의 설계를 할 수 있습니다.

• 3. HPF 설계 및 분석

  HPF(High-Pass Filter)는 고주파 신호를 통과시키고 저주파 신호를 차단하는 필터입니다. HPF 설계 시 차단 주파수, 감쇠 특성, 위상 특성 등을 고려해야 합니다. 아날로그 HPF는 RC 회로, LC 회로, 액티브 필터 등 다양한 구조로 구현할 수 있으며, 각각의 장단점이 있습니다. 디지털 HPF는 FIR 필터, IIR 필터 등을 사용할 수 있으며, 필터 차수, 계수 선택, 구현 방식 등을 고려해야 합니다. HPF 분석 시 주파수 응답, 시간 응답, 안정성, 민감도 등을 분석할 수 있습니다. 이를 통해 HPF의 성능을 평가하고 최적의 설계를 할 수 있습니다.

• 4. 오차 분석

  오차 분석은 전자 회로 설계에서 매우 중요한 부분입니다. 오차 분석을 통해 회로의 성능 저하 요인을 파악하고, 이를 개선할 수 있습니다. 오차 분석 시 고려해야 할 요소로는 소자 공차, 온도 변화, 전원 변동, 노이즈 등이 있습니다. 이러한 요소들이 회로 성능에 미치는 영향을 분석하고, 이를 최소화할 수 있는 설계 방법을 모색해야 합니다. 또한 오차 분석 결과를 바탕으로 회로 설계를 최적화하고, 실험을 통해 검증하는 과정이 필요합니다. 이를 통해 신뢰성 높은 회로를 설계할 수 있습니다.