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[A+결과보고서] 설계실습 5. Oscilloscope와 Function Generator 사용법

실습 5. Oscilloscope와 Function Generator 사용법요약 : Oscilloscope와 Function Generator의 동작원리를 이해하고 사용방법을 익힌다.비대면 수업으로 영상을 바탕으로 작성하였습니다.4.2 파형읽기4.2.8사인파본 실험 영상에서는 사인파만 측정하였으므로 한 개만 첨부합니다.4.3 Function Generator의 Thevenin 등가회로 및 Loading Effec51Ω 저항 제거후 측정전압값이 두배로 출력된다.51Ω 저항 두개 병렬로드 저항이 작아져 Vpp가 1.2로 작아졌다.연결 저항별 측정전압51Ω51Ω연결 시 2Vpp가까이 나온다.51 Ω 저항이 연결된 function generator은 우리가 설정한 값을 거의 그대로 출력한다.510Ω510 Ω 약 3.77Vpp 나온다.1kΩ1kΩ 약 4Vpp 값이 나온다.10kΩ10kΩ 4Vpp 값보다 큰 값이 나온다.4.4 Signal Couplingcoupling에 따라 결과해석이 달라진다. Vpp는 거의 동일하고 평균전압은 dc값이 포함된 ch1에서 3v에 가깝고, ch2에서 0v에 가깝다.4.5 TRIGGERch표시되는 위치에 trigger을 잡을 수 있으나 잡지 못하는 것을 알 수 있다.즉 trigger coupling 차이로 값들을 trigger로 잡지 못하는 상황을 볼 수 있다.4.6 X-Y Plot (Lissajous Pattern-리사쥬패턴)회로도 연결 후 XY버튼을 누르면 X=Y를 확인할 수 있다.위 그래프에서 이때 xy를 누르면 위상차가 있으므로 아래와 같다.4.7 MATH (연산기능)빨간파형 = CH1+CH2빨간파형 = CH1-CH2빨간파형 = CH1*CH2

공학/기술| 2022.03.08| 10페이지| 1,000원| 조회(125)

중앙대, Oscilloscope, 전기회로설계실습

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[A+결과보고서] 설계실습 1. 저항, 전압, 전류의 측정방법 설계 평가A+최고예요

설계실습 1. 저항, 전압, 전류의 측정방법 설계요약DMM을 이용해 10kΩ, 6v 건전지 등 실제 저항, 전압, 전류를 측정하는 방법을 익히고 이를 확인하기 위해 회로를 설계하였다. 측정값과 이론에 맞게 예상한 값을 비교 분석하여 리드선의 저항, 온도의 변화 등 두 값의 차이(오차)의 원인을 분석하고 오차 값이 매우 작다는 것을 확인하였다.사용계측기DMM(Digital Multimeter)DC Power Supply1. 서론DMM을 이용하여 저항, 전압, 전류의 측정방법을 익히고 실험결과 분석을 통하여 Ohm의 법칙과 KVL, KCL을 이해한다.2. 설계실습 결과4.1-1. (a) 1게의 저항(10kΩ, 5%)을 각각 두 연결선 사이에 연결하고 측정값이 유효숫자 3자리의 세번째 숫자가 안정될 때까지 잠시 기다렸다가 반올림하여 유효숫자 3자리까지 기록하라.번호저항값(kΩ)19.9054.1-1(b)~(e) 생략4.1-2 생략4.1-3. (a) 가변저항을 변화시키면서(적어도 3번) 각 단자사이의 저항을 측정하여 기록한다.1-2단자(kΩ)1-3단자(kΩ)2-3단자(kΩ)2.01421.84521.839(b) 각 단자사이의 저항값은 어떤 관계를 가지고 있는가?1-3단자의 저항값은 항상 일정하며, 1-2단자와 2-3단자의 저항값은 저항조정나사를 회전시킴에 따라 달라진다. 1-3 단자사이의 저항은 고정되어 있으며 가운데 단자와 양쪽 두 단자 사이의 저항이 변하도록 되어있다. 따라서 1-2단자 연결 후 다이얼을 돌리면 저항값이 증가하고 이때 2-3단자의 저항값은 낮아진다. 위 실험을 통해 1-2단자, 2-3단자 각각의 저항값을 더하면 1-3단자의 저항값과 거의 일치한다는 것을 알 수 있다.4.1-4. (a) 약 10cm의 점퍼선의 저항을 2-wire 측정법으로 측정하라. 또 두개의 10cm 점퍼선을 직렬로 연결하고 저항을 측정하라. 두 측정값을 비교 분석하라.2-wire저항값(Ω)직렬 저항값(Ω)0.0550.081이론상으로 직렬연결 시 저항값은 두배로 측정되어야 하지만 실제 2-wire의 오차율은 약 31.1% 로 리드선 저항과 접촉 저항 때문에 실제 값에서 오차가 나왔다.(b) (4-wire 측정법) 10cm 점퍼선을 연결하기 전에 Ω(2w, 4w)를 눌러 화면에 “4w”가 나타나는 것을 확인하라.4-wire저항값(Ω)직렬 저항값(Ω)0.0200.040직렬연결 했을 때의 합성저항은 이론적 수치에 유사한 각각의 저항의 합으로 나오는 것을 확인할 수 있다.(c) 2-wire 측정법과 4-wire 측정법을 사용하여 얻은 저항 값을 비교, 분석하라.10cm의 점퍼선의 저항을 측정하였을 때 2-wire 측정법의 경우보다 4-wire 측정법에서 이론상의 값에 가깝게 측정되는 것을 확인할 수 있었다. 2-wire 측정법은 일정한 전류를 흘려준 후 저항 양단에 걸리는 전압을 측정한다. 이 과정에서 리드선의 저항과 접촉저항이 발생해 저항 값을 측정하는 과정에서 오차가 발생한다는 것을 확인할 수 있다. 반면 4-wire 측정법은 저항 양단에 정전류를 흘려주므로 리드선의 저항과는 상관없이 측정해야 할 저항에 전류가 일정하게 흐른다. 그러므로 리드선 또는 접촉저항과 무관하게 비교적 정확한 저항을 측정할 수 있다. 따라서 4-wire 측정법으로 측정한 점퍼선의 저항이 더 정확하다는 것을 유추할 수 있다.(d) 51Ω 저항을 4-wire 측정법으로, 또 2-wire 측정법으로 소수점 이하 세 자리까지 읽으면서 측정값의 차이를 파악하고 서술하라.51Ω저항2-wire4-wire50.413Ω50.355Ω4-wire 측정법은 50.413Ω 2-wire 측정법은 50.355Ω으로 차이가 0.058Ω으로 매우 작게 측정되었다.(e) 51Ω 저항에 입을 가까이 대고 뜨거운 입김을 불면서 4-wire 측정법으로 소수점 이하 세 자리까지 읽으면서 측정값의 변동을 파악하고 서술하라. 변동의 이유를 서술하라.51Ω저항입김x입김050.355Ω50.323Ω뜨거운 입김을 불어주어 온도가 올라가게 되었고 저항값은 작아졌다.4.2-1. DMM을 사용하여 6V 건전지의 전압을 측정, 기록한다. 건전지의 극성을 반대로 연결하여 전압을 측정, 기록한다. 예측한 것과 비교, 분석한다.일반 연결반대 극성 연결전압6.483V-6.483건전지의 내부저항으로 인해 전압의 값이 6V보다 작게 측정될 것이라고 예측했으나, 측정결과 높은 값이 측정되었다. 이것은 내부저항을 고려해 전압을 높여 건전지를 제작한 것임을 알 수 있다. 극성을 반대로 연결 시 전류의 흐름이 반대로 측정되므로 (-)부호값이 나옴을 확인할 수 있다.4.2-2. 다음과 같이 DC Power Supply의 Output 1의 출력전압을 4.5V로 조정한다.출력전압측정 : DMM에 연결된 연결선의 양단을 “Output 1”의 (+), (-) 단자에 색깔을 맞추어 연결하고 DMM에 표시된 전압을 기록하라. DMM으로 측정한 값에 대한 DC Power Supply에 표시된 전압의 오차(%)는 얼마인가? 어느 것이 실제에 가까운 값이라고 생각하는가?DMM 측정값은 4.505V이며 DMM 측정값이 실제에 가까운 값이라고 생각한다.오차 ={(전압안정 직류전원 - DMM 측정값) / 전압안정 직류전원} X 100 = 0.111 %5kΩ(병렬)10kΩ(병렬)5kΩ(직렬)전압(V)3.3033.3031.7전류(mA)0.6610.3300.9914.3 (a)DMM을 2w 저항측정 모드로 변경하고 10kΩ, 두 개의 5kΩ 저항을 각각 측정하여 기록한다. DMM에 연결된 모든 선을 제거하라. DMM을 직류전압측정모드(DCV)로 변경하고 DC Power Supply의 출력전압을 5V로 조정한 후 DMM으로 출력전압을 측정, 기록한다. 병렬로 연결된 5kΩ, 10kΩ에 5kΩ을 직렬 연결하고 전체 저항의 양단에 DC Power Supply가 연결되어 있는 회로를 구성한다. 각각의 저항에 걸리는 전압을 측정하여 기록한다. 이 전압으로부터 전류를 계산, 기록한다.(b) 전류와 전압이 KVL, KCL을 몇 %정도 만족하는 지 계산, 기록한다. 오차의 원인은 무엇이라 생각하는가? 정확히 측정한다면 오차를 얼마나 줄일 수 있겠는가?구 분전 압전 류이론값(V)측정값(V)오차(%)이론값(mA)계산값(mA)오차(%)5kΩ(병렬)23.30365.150.40.66165.2510kΩ(병렬)23.30365.150.20.330655kΩ(직렬)31.743.330.60.99165.17전압값과 전류값은 KVL과 KCL을 거의 만족함을 볼 수 있다. 오차의 원인으로 DMM의 내부 저항과 전압, 저항 측정의 정확도를 볼 수 있다. 내부저항과 전압을 더 작게 하여 오차를 줄일 수 있다고 생각한다. 또한 최대한 표기값에 가까운 저항을 사용하는 것도 오차를 줄일 수 있는 방법이다.4.4 (a) 한 대의 DMM(1)의 뒷면에서 전원선을 제거한다. 다른 한 대의 DMM(2)을 사용하여 DMM(1)의 앞 면에 있는 “LO”단자와 뒷면에 있는 전원연결부의 접지 단자사이의 저항을 측정하여 기록한다.측정하면 OL 표시가 나타난다, OL은 범위 초과 표시로 DMM 내부저항의 크기가 DMM으로 측정할 수 없을 정도로 크다는 것이다.(b) 이 저항은 이론적으로는 무한대가 되어야 하는데 이렇게 제작한 이유가 무엇이라고 생각하는가? 그림을 그려서 설명한다.DMM 내부 입력저항은 측정해야 할 저항 R과 병렬연결이다. DMM으로 저항 측정 시 저항의 양단에 DMM을 연결하며 DMM의 내부에 있는 고정전원에 의해 측정대상 저항에 흐르는 전류를 측정하여 저항을 계산한다. 이때 전류가 흐르게 되면 정확한 저항 R을 측정할 수 없다. open circuit이 되어야 전류가 측정대상 저항 R에만 흐르게 되어 정확한 저항을 측정할 수 있다.4.5 (a) 생략4.5 (b) DC power supply를 사용하여 출력전압이 1V가 되도록 조정한 후 단자에 51Ω를 연결하여 DMM에 표시된 전류를 측정, 기록하라. 1V출력의 DC power supply 출력단자에 51Ω(5%, 1/4W)저항을 직접 연결하고 전압을 10V까지 올려라.전류측정값은 약 100uA가 나왔다. 그리고 전압을 1V에서 10V까지 올린다는 가정에서 소비전력을 계산한 결과 W=1.96W로 허용전력인 1/4W을 초과하여 뜨거워짐을 알 수 있다.3. 결론DMM과 DC power supply의 사용방법을 알아가며 저항, 전압, 전류를 측정하는 방법에 대해 알아보았다. 코로나로 인한 대면수업 불가로 실험조교의 강의영상을 참조하였기 때문에 4.1-1(b)~(e), 4.1-2, 4.5(a) 등은 생략하였다. 또한 강의영상에서는 30개의 저항을 모두 측정하지 않았으므로 4.1-1(a)의 30개 측정값은 1개의 측정값으로 수정 후 작성하였다. 고정저항과 가변저항의 저항값을 측정하여 고정저항의 병렬연결 시 표준편차가 더 작아지는 것을 확인하였고 가변저항에서 각각의 단자사이의 관계를 파악할 수 있었다. 또한 2-wire측정법과 4-wire측정법을 통한 실제값을 비교하며 4-wire측정법이 오차율이 적고 더 정확한 결과가 나온다는 것도 확인하였다. 그리고 6V건전지와 DC Power Supply의 4.5V출력을 DMM으로 측정하여 오차의 원인에 대해서도 생각해 보며, 회로의 전압과 전류를 내부 측정 시 내부저항과 전압, 저항의 정확도로 인한 오차가 발생한다는 것을 확인하였다. DMM의 내부저항이 매우 크다는 것과 전류측정의 위험성을 알 수 있었다.

공학/기술| 2022.03.08| 6페이지| 1,000원| 조회(157)

중앙대, 예비보고서, 전기회로설계실습, 실습1, 저항 전압 전류의 측정 방법설계

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[A+예비보고서] 설계실습 1. 저항, 전압, 전류의 측정방법 설계와 제작

설계실습 1. 저항, 전압, 전류의 측정방법 설계와 제작요약: DMM은 회로측정 실험에서 사용 빈도수가 많은 측정장비 중 하나로 이 기기의 사용법은 필수로 익혀 사용법과 원리를 이해해야 한다. 이번 실험은 DMM을 사용한 전압 전류, 저항의 측정 방법을 익히고 예측값과 시험값의 오차를 비교해본다.1. 실험목적Digital Multimeter를 이용해 저항(2-wire 측정법, 4-wire 측정법), 전압, 전류의 측정 방법을 익히고 DC Power Supply 사용법을 익힌다. 측정 회로를 설계하고 확인한다.2. 관련 이론Ohm의 법칙V=IR``[V]어떤 저항을 통해 흐르는 전류와 저항의 곱은 그 저항의 양단 사이의 전위차이며 V = I R이라 쓸 수 있고, 이것이 Ohm의 법칙이다. 이때 전압 V(Volt), 전류 A(Ampere), 저항 R은 Ω(Ohm)이다.저항이 직렬로 연결되어 있으면 저항에 흐르는 전류는 같으므로 저항에 걸리는 전압은 그 저항에 비례한다.V=V _{1} +V _{2}#````````=IR _{1} +IR _{2}#IR=IR _{1} +IR _{2}##``R`=R _{1`} +R _{2}병렬 시 각 저항에 걸리는 전압은 같으므로 각 저항에 흐르는 전류는 Ohm의 법칙에 따라 그 저항에 반비례한다. 또 전체 전류 I는 두 전류의 합이 된다.I=`I _{1} +I _{2}#{V} over {R} = {V} over {R _{1}} + {V} over {R _{2}}##{1} over {R} = {1} over {R _{1}} + {1} over {R _{2}}3. 실험기구Function generator 1대, DC Power supply 1대, Digital Oscillo 1대,Digital Multimeter 1대, 40cm 연결선: 빨간 선 4개, 검은 선 4개 (한쪽은 계측기에 꽂을 잭, 다른 쪽은 집게), Breadboard 1개, 점퍼 와이어 키트 1개, 6v 건전지 1개, 리드저항(10㏀, 51Ω, 5.1㏀), 가변저항(20㏀)4. 설계 실습 계획서4.1 고정저항 측정4.1-1 DMM을 사용하여 저항(10㏀)을 측정하려 한다.(a) 이를 위한 회로도와 DMM의 조작 방법을 작성하라.(4.1-1 회로도)DMM 조작 방법① 회로에 DMM을 연결하기 전 측정 단위를 Ω에 맞춘다.② 구하고자 하는 저항을 회로에서 분리한다.③ 저항 양단에 DMM을 연결한다.④ 하나의 도입선은 Ω이라 표시된 곳에 다른 하나의 도입선은 COM이라 표시된 곳에 연결한다.⑤ 측정범위를 가장 높은 범위에 맞추어 놓고 작은 범위로 가면서 측정한다.⑥ DMM 내부에 있는 고정전원에 의해 측정대상 저항에 흐르는 전류를 측정하여 저항을 계산하고 그 값을 표시한다.(b) 평균값과 몇 개 정도의 저항이 오차를 만족하는지 한 눈에 알 수 있도록 오차를 0을 기준으로 오차의 예상 분포도를 도시하라.이번 실험에서는 한 개의 저항을 측정하였으므로 넘어간다.(c) 표준편차를 구하고 표준편차의 의미, 수식, 단위를 서술하라.의미: 표준편차는 자료의 산포도를 나타내는 수치로, 분산의 양의 제곱근으로 정의된다. 표준편차가 작을수록 평균값에서 변량들의 거리가 가깝다.(4.1-1(c) 표준편차 수식)표준편차의 단위는 자료의 단위와 일치하므로 Ω이다.(d) 식스시그마란 무엇인가?6시그마는 정규 분포에서 평균을 중심으로 질이 좋은 물품의 수를 6배의 표준편차 이내에서 생산하는 공정의 능력을 정량화한 것이다. 즉, 6시그마는 제품 100만 개당(ppm) 2개 이하의 결함을 목표로 하는 것으로 거의 무결점 수준의 품질을 추구하는 것이다.4.1-2 (a) 두 개의 저항을 병렬로 연결하여 사용하면 표준편차가 작아질 것인가? (yes or no? 근거를 이론적으로 제시하라)yes. 병렬로 연결 시 저항값이 감소하여 평균으로부터의 편차가 감소한다. 따라서 표준편차도 감소할 것이다.4.1-3 가변저항의 측정가변저항은 고정저항과 달리 단자가 3개 있다. 축을 돌릴 때 가변저항의 각 단자 사이의 저항이 어떻게 변하는지 서술하라.1번-2번 단자를 연결한 후 축을 돌리면 저항값이 점차 증가한다.4.1-4 (a) 저항을 측정하는 4-wire 측정법을 설명하라.그림과 같이 정전류를 공급하는 전류 단자 측 2개와 전압계로 연결된 전압 단자 측 2개로 구성하여 연결한 후 측정하는 방법이다. 낮은 저항값을 측정할 때 주로 쓰인다.(b) 전선의 길이가 두 배가 되면 저항은 어떻게 될 것인가?직렬연결을 했으므로 이론적으로 저항값은 두 배가 될 것이다. 하지만 실제 실험 시 두 배의 저항값에 미치지 못하는 것을 확인할 수 있다.4.2 직류전압 측정 및 DC power supply4.2-1 DMM을 사용하여 6V 건전지의 전압을 측정하려고 한다.(a) 이를 위한 회로도와 DMM 조작 방법을 작성하라.(4.2-1 회로도)DMM 조작 방법① DMM의 화면 밑에 있는 “DCV”를 눌러 화면에 mV, V가 나타나는 것을 확인한다.② Input(V, Ω, -II-, -?I) 아래의 “HI, LO”에 두 연결선을 연결하고 반대쪽을 6V 건전지의 양단에 연결하여 전압을 측정, 기록한다.③ 건전지의 극성을 반대로 연결하여 전압을 측정, 기록한다. 예측한 것과 비교, 분석한다.(b) 측정전압이 6v보다 높을 것인지 낮을 것인지를 예측하고 그 이유를 서술하라.높을 것이다. 건전지의 전압표시는 평균전압이므로 새 건전지는 표시되는 평균전압보다 보통 더 큰 값을 가지고 있을 것이다.4.2-2 전압안정 직류전원의 출력전압을 DMM으로 측정하는 회로도, 조작법을 작성하라.( 4.2-2 회로도)조작 방법① DC Power Supply의 Output 1의 출력전압을 4.5 V로 조정한다.② 화면 바로 아래 있는 output의 “1”을 누르고 (+), (-) 출력단자 위에 있는 “Output On/Off”를 누른다. 화면 왼쪽, 즉 전압의 첫 번째 자리가 깜빡거리면 표시되는 전압이 4.0 V가 되도록 다이얼을 돌린다.③ “>”를 눌러 두 번째 자리의 “0”이 깜박이는 상황에서 4.5 V가 되도록 다이얼을 돌린다.④ 출력전압측정을 위해 DMM에 연결된 연결선의 양단을 “Output 1”의 (+), (-) 단자에 색깔을 맞추어 연결하고 DMM에 표시된 전압을 기록한다.4.3 (a) 병렬 연결된 5㏀, 10㏀에 5㏀이 직렬 연결되어 있다. 이것의 양단에 5v 출력의 DC power supply가 연결되어 있을 때 각각의 저항에 걸리는 전압을 측정하는 회로를 도시하라.(4.3-a 회로도)(b) 각각 저항에 걸리는 전압과 전류를 계산하라.전체 저항R= {25} over {3}, Ohm의 법칙V=IR#을 사용하여 각각 전류와 전압을 구할 수 있다.그 결과 아래와 같이 계산됨을 알 수 있다.R _{1} `->``I _{1} = {1} over {5} (A),``````V _{1} =2(V)#R _{2} ->``I _{2} = {2} over {5} (A),````````V _{2} =2(V)#R _{3} ->``I _{3} = {3} over {5} (A),````````V _{3} =3(V)4.4 (a) DMM의 앞면에 있는 “LO” 또는 “COMM” 단자와 뒷면에 있는 전원연결부의 접지 사이의 저항을 측정하기 위한 회로를 도시하라. (두 대의 DMM을 사용한다고 가정)(4.4-a 회로도)(b) 이렇게 측정하면 저항이 얼마가 되겠는가? 이렇게 제작한 이유를 서술하라.

공학/기술| 2022.03.08| 6페이지| 1,000원| 조회(151)

중앙대, 예비보고서, 전기회로설계실습, 저항 전압 전류의 측정 방법설계

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[A+결과보고서] 설계실습 4. Thevenin 등가회로 설계 평가A+최고예요

설계실습 4. Thevenin 등가회로 설계요약 : 복잡한 회로에 연결된 부하에 걸리는 전압, 전류를 계산할 때 유용하게 이용되는 Thevenin 등가회로를 설계, 제작, 측정하여 이론값과 비교한다. 이론값 비교시 오차율은 2% 내외로 매우 낮았고, 원본 회로와 비교했을 때의 오차율은 0.5% 미만으로 거의 일치하는 모습을 보였다.1. 서론Thevenin의 정리는 직렬, 병렬로 복잡한 회로의 출력단자에 부하를 연결했을 때 부하에 걸리는 전압과 전류를 쉽게 구하기 위해 사용된다. 부하의 전압과 전류는 KVL, KCL을 이용하여 구할 수 있지만, 복잡한 회로의 경우에는 유용하지 않다. 이때 Thevenin의 정리를 이용하여 복잡한 회로를 등가전압과 등가저항을 직렬연결한 간단한 회로로 표현할 수 있고, 부하의 전압, 전류를 쉽게 계산할 수 있다.2. 설계실습 결과4.1 (원본 회로 측정) 그림 1과 같이 회로를 구성하고 RL에 걸리는 전압을 측정하라. 이것으로부터 RL을 통해 흐르는 전류를 계산하라. 전압, 전류를 기록하라. 3.1에서 계산한 값과의 오차는 얼마인가? 오차의 이유는 무엇인가?에 걸리는 전압 = 0.326V에 흐르는 전류 =이론값측정값오차율(%)RL에 걸리는 전압0.32V0.326V1.86RL에 흐르는 전류0.98mA1.00mA2.04에 걸리는 전압과 에 흐르는 전류의 오차율은 각각 1.86%, 2.04%로 이론값에 근사한 값을 가졌다. 하지만 미세한 오차가 발생한 이유는 실험에 이용한 저항값이 각각 달랐음을 고려해야 한다고 볼 수 있다. 실험 시작 전, 실험에 이용할 저항들을 DMM으로 측정해본 결과, 아래와 같이 약 0.8% ~ 1.8%까지의 오차율을 보였다. 이처럼 실제 사용한 저항들의 정확한 값이 다르기 때문에 오차가 발생했음을 짐작할 수 있다.이론값측정값오차율(%)3303270.9093903831.7954704660.8511.2k1.190.8333.3k3.261.212(4.1-사용 저항값)4.2 (a) 실험계획 3.3의 방법으로 VTh를 측정하여 기록하라. 즉 DMM을 DC전압 측정모드로 설정한 후 그림 1에서 RL을 제거하고 그 자리에 DMM을 연결하여 전압을 측정하여 기록하라.(a)(b) 실험계획 3.3의 방법으로 RTh를 측정하여 기록하라. 즉 DMM을 저항측정모드로 설정한 후 그림 1에서 DC power supply를 제거하고 그 자리를 전선으로 연결하라. RL을 제거하고 그 자리에 DMM을 연결하여 저항을 측정하여 기록하라. 3.2에서 계산한 값과의 오차는 얼마인가? 오차의 이유는 무엇인가?(b)이론값측정값오차율(%)VTh1.4V1.406V0.429RTh1.091.080.826, 의 오차율은 약0.4%, 0.8%로, 이론값과 1%미만의 오차율로 유사하게 나왔다.1%미만의 오차값이 발생한 원인은 4.1과 같이 저항값의 표기값과 측정값의 차이로 볼 수 있다. 또한 를 측정하기 위해 DC Power Supply를 제거한 후 전선으로 연결시킬 때, 전선 연결부위가 완벽하게 연결되지 않아 측정값에 차이가 발생할 수도 있다.4.3 DMM을 저항측정모드로 설정한 후 가변저항을 측정하여 RTh가 되도록 조정하라. DC power supply 출력전압이 VTh가 되도록 조정하라. Thevenin 등가회로를 구성하고 RL을 연결하라. DMM을 DC전압 측정모드로 설정한 후 RL에 걸리는 전압을 측정하고 이것으로부터 전류를 계산하여 각각 기록하라. 이 값과 3.1에서 계산한 값, 4.1에서 측정한 값과의 오차는 얼마인가? 오차를 구할 때 기준 값을 심사숙고하여 잘 정하라.가변저항을 조정해 얻은 = 1.08DC power supply를 조정해 얻은 = 1.40V에 걸리는 전압 = 0.327V에 흐르는 전류 =이론값(3.1)측정값오차율(%)RL에 걸리는 전압0.32V0.327V2.18RL에 흐르는 전류0.98mA1.00mA2.04측정값(4.1)측정값오차율(%)RL에 걸리는 전압0.326V0.327V0.307RL에 흐르는 전류1.00mA1.00mA0.03.1에서 계산한 값과의 오차율은 1.86%, 2.04%이고 4.1에서 측정한 값과의 오차율은 0.307%, 0%로 1%미만의 정확한 값이 나왔다. 가변저항을 조정할 때 4.2에서 측정한 값과 거의 일치하는 값을 얻어내 원본회로를 측정한 4.1과 비교했을 때 오차율이 작은 값이 나왔다.3. 결론복잡한 회로에 연결된 부하에 걸리는 전압, 전류를 계산할 때 유용하게 이용되는 Thevenin 등가회로를 설계, 제작, 측정하여 원본 회로 및 이론값과 비교해보았다.위 실험에서는 실제 저항값들과 표기값의 차이를 인식하고자 4.1과 4.3에서 측정한값을 이론값과 비교하고 각각 2%이내의 오차율을 확인하였고 실험을 진행했다. 이후 4.1과 과 Thevenin정리를 이용해 구성한 등가회로를 측정한 4.3을 비교했을 때 오차율이 0.5%미만의 매우 작은값으로 거의 일치함을 확인하였다. 복잡한 회로에 연결된 부하의 전압, 전류를 계산할 때 Thevenin 등가회로의 적용방법을 익힐 수 있었고 실험 결과를 분석한 결과 Thevenin의 정리가 성립한다는 사실을 확인할 수 있었다.Norton 등가회로 실험을 위해서는 을 구해야 하는데 이를 구하는 과정에서 를 제거하고 short 시킨 후 dmm을 도선에 직렬 연결해야 한다. 하지만 전압을 내보내고 DMM내부에 걸리는 전압값을 통해서 측정하는 저항의 값을 구하는 과정에서 DMM의 부하효과가 생겨 정확한 값을 측정하기 어려우므로 Norton 등가회로는 따로 실험하지 않는다.

공학/기술| 2022.03.08| 6페이지| 1,000원| 조회(256)

중앙대, 전기회로설계실습, Thevenin 등가회로 설계

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[A+결과보고서] 설계실습 3. 분압기(Voltage Divider) 설계

설계실습 3. 분압기(Voltage Divider) 설계요약: 부하효과(Loading Effect)를 고려한 분압기(Voltage Divider)를 설계한다.사용 계측기:DC Power SupplyDigital Multimeter1. 서론DC Power Supply로 회로에 전위차를 만든 후 분압기 회로를 설계하여 전압을 분배한다. 저항의 직렬 연결 시 옴의 법칙 에 의해 저항 소자마다 각기 다른 전압이 걸리게 됨을 이해하고 분압기의 원리를 이해한다. 설계한 전압으로 각 단자에 걸리는 전력이 공급되도록 분압기를 설계한다.부하효과란 부하가 회로에 끼치는 효과를 의미한다. 부하 저항이 회로에 연결되는 방식에 따라 부하에 걸리는 전압이 바뀌게 되는데, 이를 이용하면 원하는 부하에 원하는 전압이 걸리도록 회로를 설계할 수 있다.2. 설계실습 결과 및 분석4.1 (a) 실험계획 3.1의 회로를 구성하여 출력전압을 측정하여 기록하라. 측정회로를 그리고 자신이 설계한 회로와 차이가 있다면 그 차이를 분석하라.저항 직렬 연결 시 전압 분배 법칙을 따르면 아래와 같다.DMM으로 측정된 실험값은 2.994V이다.이론값과 실험값의 오차율을 비교한다.0.2(%)0.2%로 이론값에 근사한 값을 얻음을 확인할 수 있다. DMM의 input impedance는 이번 실험에서 사용된 저항 R1, R2보다 훨씬 큰 값인 이므로 open circuit으로 볼 수 있고, 전압은 R2에 걸림을 확인할 수 있다.(b) (a)의 회로에 등가부 하로서 1 ㏀의 부하를 연결하고 부하에 걸리는 전압을 측정하여 기록하라. 왜 이 회로 가 비현실적이며 잘못된 회로인지 설명하라.DMM으로 의 부하 저항에 걸리는 전압을 측정해 보았더니, 1.708V가 측정되었다.저항 3개를 회로에 연결한다. 부하효과를 고려하여 전압 분배 수식을 전개한다.이론값 1.714V와 실제 회로 측정 값 1.708V를 비교한다.(%)0.35% 오차율로 이론값에 일치하는 값을 확인할 수 있다.하지만, 부하(Load) 저항에 걸리기로 목표전압 3V보다 더 작은 값 1.708V가 나옴을 확인할 수 있다. 3V가 걸리기 위해서는 저항 값이 지금보다 더 커야 한다.직렬 연결 시 전류는 일정하고 전압과 저항의 크기가 정비례하므로 병렬된 두 저항 값이 클수록 부하 저항에 걸리는 전압이 커진다. 따라서 3V를 부하 저항에 공급하기 위해서는 R2, R3 저항으로 보다 더 큰 저항을 사용하거나, R1 저항을 두 저항보다 작은 저항으로 사용해야 한다.이를 통해 3V에 도달하지 못한 측정값은 부하효과를 고려하지 않은 결과임을 확인할 수 있다.부하효과를 고려하여 실험 4.2를 진행한다.4.2 부하효과를 고려한 회로(비대면 실험으로 실험동영상을 참고하였다. 실험 순서는 등가부하를 제거한 무부하 상태의 회로 먼저 실험하였다.)(b) 등가부하를 제거하여 무부하 상태로 구성하고 출력전압을 측정하라. 설계 조건을 만족하는 지 확인하라.회로이론을 바탕으로 수식적으로 DMM에 측정될 값을 예상한다. 저항이 직렬 연결되었고 부하 저항은 없다. DMM 입력 임피던스는 으로 DMM 부분 회로는 높은 저항 값으로 인해 open되었다고 간주한다.실험 결과 측정된 전압 값은 8.989V이다. 오차율을 구해보면,(%)0.15%의 오차율로 이론값에 거의 일치하는 실험값을 얻을 수 있다.이번 측정값 8.989V는 전력을 소비하지 않을 때, 즉 부하 저항이 없을 때 IC chip에 9V 이하의 전압이 걸렸으므로 전압조건을 만족한 값이다.(a) 실험계획 3.2의 회로에 등가부하로서 1 ㏀ 저항을 연결하여 부하에 걸리는 전압을 측정하여 기록하라. 측정치와 설계치를 비교하고 오차를 %로 표시하라. 오차의 원인을 분석하라수학적으로 계산해서 측정될 값을 예상해본다. 이번에도 역시 DMM의 입력 저항은 무시할 수 있으므로 고려하지 않는다.3.078V라는 실험 (b)에 비해 작은 전압 값이 나온다.합성저항 값은 병렬 연결 시 가장 작은 저항 값이므로 옴의 법칙에 의해 가장 낮은 저항(합성저항)에 가장 낮은 전압 값이 걸림을 확인할 수 있다. 실제 병렬 연결 저항의 합성저항을 구하면약 의 합성 저항이 회로에 연결된 것과 동일하므로 옴의 법칙에 의해 낮은 저항 값에 낮은 전압 값이 걸림을 확인할 수 있다.실험 결과 측정된 값은 2.755V이다. 오차율을 구해보면 다음과 같다.(%)10.5%의 오차율이 나왔으나 이번 실험의 설계 목표 오차율 3V10% 안에 들었으므로 목표로 한분압기 설계를 확인할 수 있다.오차율을 줄일 수 있는 방안으로첫째. 계산 식에 사용되는 저항 값을 저항 띠에 표시된 값 대신 DMM으로 직접 측정한 저항 값을 계산에 사용한다. 실제 측정되는 저항 값을 사용하므로 오차를 줄일 수 있다.둘째, 저항 측정 시 저항측정 모드를 4 WIRE으로 하여 더 정밀한 값을 사용한다.(c) 최종회로를 그리고 자신이 설계한 회로와 차이가 있다면 그 차이를 분석하라.저항의 개수를 줄여 비용을 최소화 하고 DMM 측정 값을 예상 시 2.949V로 3V와 매우 유사한 값으로 오차율이 작은 회로임을 예상할 수 있다.이 회로 구성은 실험 4.1 (b) 회로와 구성이 같고 저항 값만 다르다. 4.1 (b) 실험에서 (%)의 낮은 오차율을 보인 것과 같이 낮은 오차율이 나올 것으로 예상한다.3. 결론설계 목표인 3V10%를 만족하는 분압기를 설계하는 방법과 이론 값과 측정 값을 비교하며 부하효과를 고려한 분압기 설계의 중요성을 파악했다.저항에 따른 전압이 달라지는 회로를 설계하고 이론값과 실험값을 비교하며 회로를 디자인할 때 부하효과를 고려해야 함을 확인했다. 저항의 병렬 연결과 직렬 연결에 같은 전압(12V)을 공급하고 각 회로의 소자에는 다른 전압 값이 걸린다는 것을 확인했다. 전압분배법칙을 이용해 이론값과 실험값의 오차를 확인하고 가장 큰 오차율인 약 10%의 오차율을 보인 4.2 (a)에서 오차를 줄일 수 있는 방안을 생각해보았다.PAGE * MERGEFORMAT2

공학/기술| 2022.03.08| 7페이지| 1,000원| 조회(155)

중앙대, 전기회로설계실습, 분압기(Voltage Divider)

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